面向秒级电子自旋相干性：天然丰富CeO$_2$中的电信波段量子发射器

稀有 earth 离子掺杂晶体已成为量子技术的有前景平台，因其窄的电信波段光发射、长时间的自旋存储以及与硅集成光子学架构的兼容性。然而，实现可扩展的量子设备需要具有内在稀释自旋环境的宿主材料，以抑制相干性。在此背景下，掺杂铕( Er$^{3+}$)的铈氧化物(CeO$_2$)成为吸引力选择，因其宿主矩阵中核自旋浓度极低，并且与基于硅的技术兼容。本文通过半经典模型以及详细的簇相关展开模拟，对Er$^{3+}$在CeO$_2$中的电子自旋量子比特相干性进行了全面考察。通过系统探索磁场强度、脉冲序列、铕掺杂浓度和自旋温度，我们识别出自旋浴相干性被强烈抑制的 regime。我们的考察表明，在约10 ppb的稀释掺杂浓度和亚开尔文温度下，靠近时钟转换操作可实现约1秒量级的Hahn共振相干时间。重要的是，从实用角度看，在类似浓度下，约2开尔文的液氦温度下，仍可预期约10毫秒的相干时间。此外，我们证明，通过常规的多π脉冲动态去耦合协议还可获得额外的增强。因此，我们的发现确立了Er$^{3+}$掺杂CeO$_2$作为实现自旋量子比特、量子存储器以及集成量子网络的前景候选。