铒电子自旋的鲁棒毫秒相干时间

掺铒固体因其铒离子的电信 C 波段发射而成为光学量子通信网络的主要候选材料。具有毫秒级相干时间的长寿命铒电子自旋对于在相邻量子中继节点之间建立纠缠非常理想，而纠缠的长期存储则可以依赖于转移到铒的秒级相干核自旋上。在这里，我们报告了在氧化钇（$\mathrm{Y_2O_3}$）基质中 $^{167}\mathrm{Er}^{3+}$ 的 GHz 范围电子自旋跃迁，其相干时间始终长于一毫秒。我们没有针对特定场的零一阶塞曼跃迁，而是探测了场方向沿较低 g 因子的弱混合电子自旋。使用脉冲电子自旋共振谱，我们发现顺磁杂质是退相干的主要来源，并且通过极化它们，我们实现了高达 1.46 ms 的 Hahn 回波自旋 $\mathrm{T_2}$，以及动态解耦后高达 7.1 ms 的相干时间。这些相干寿命是晶体基质（尤其是那些具有核自旋的基质）中发现的最长寿命之一。我们进一步使用定制序列来同时减轻光谱扩散和 Er-Er 偶极相互作用，从而将相干时间延长到传统动态解耦之外。尽管基质中存在核自旋和杂质自旋，这项工作表明可以实现与非核自旋基质相当的长寿命铒自旋。我们的研究不仅确立了 $^{167}\mathrm{Er}^{3+}$: $\mathrm{Y_2 O_3}$ 作为一个极具前景的量子存储平台，而且为在各种基质材料中工程化长寿命铒自旋以用于量子技术提供了通用指南。