寻找具有长自旋量子比特相干时间二维材料的策略
量子物理
2025-12-10 v1 材料科学
摘要
能够承载具有长自旋相干时间（T2）的二维材料，由于能够轻松集成到现有的微电子和光子平台中，为设计性能更佳的量子器件提供了独特优势。然而，由于缺乏作为自旋量子比特宿主的二维材料，以及能够维持长 T2 的合适基质，亟需一种策略来寻找具有稳健自旋相干性的候选材料。本文构建了一个高通量计算工作流程，用于预测二维材料和异构结构中由核自旋浴导致的量子比特退相干及 T2。我们最初筛选了 1173 种二维材料，发现有 190 种单层材料的 T2 超过 1 ms，高于天然丰富金刚石的值。随后我们构建了 1554 个晶格共形异构结构，连接高 T2 二维材料与特定 3D 基质，发现异构结构中 T2 通常低于裸 2D 宿主材料；然而，低噪声基质（如 CeO2 和 CaO）可帮助维持高 T2。为进一步加速材料筛选，我们推导了预测 2D 材料和异构结构 T2 的解析模型。这些模型提供了一种简单而定量的方法，以确定异构结构系统中 2D 宿主和基质核自旋浴对退相干的相对贡献。通过构建高通量工作流程和解析模型，我们扩展了二维材料及其自旋相干时间的基因组，为开发自旋量子比特平台提供了支持。
关键词
引用
@article{arxiv.2509.00222,
title = {Strategies to search for two-dimensional materials with long spin qubit coherence time},
author = {Michael Y. Toriyama and Jiawei Zhan and Shun Kanai and Giulia Galli},
journal= {arXiv preprint arXiv:2509.00222},
year = {2025}
}