О возможности замедления релаксации квантовой когерентности в системе электронных спинов с помощью последовательностей СВЧ - импульсов. Проявление квантового эффекта Зенона.

Лаборатория квантовой динамики, лаборатория спиновой физики и спиновой химии и лаборатория физики перспективных материалов КФТИ КазНЦ РАН.
Руководитель: Катаев В.Е.
Исполнители: Зарипов Р.Б., Вавилова Е.Л.

Теоретически показана возможность проявления в импульсных экспериментах электронного парамагнитного резонанса известного в квантовой информатике парадокса Зенона. Проявление эффекта Зенона в экспериментах с использованием импульсной последовательности Кара-Парселла экспериментально наблюдено для системы электрон-ных спинов при исследовании времени релаксации квантовой когерентности электронных спинов молекулярных комплексов, содержащих парамагнитные ионы марганца. Показано, что последовательность СВЧ - импульсов существенно замедляет потерю квантовой когерентности электронных спинов, связанную со спектральной диффузией, которая вызвана сверхтонким взаимодействием электронов с магнитными ядрами. 

В квантовых вычислениях главную роль играет квантовая когерентность кубитов. Для электронных спинов в качестве кубитов релаксация когерентности происходит благодаря действию нескольких механизмов. В твёрдых телах спин-спиновое взаимодействие между парамагнитными центрами приводит к потере спиновой когерентности. Эффект этого механизма можно уменьшить, понижая концентрацию парамагнитных центров. Спин-решёточное взаимодействие также приводит к потере спиновой когерентности. Влияние этого механизма релаксации можно уменьшить, понижая температуру. Есть ещё механизм релаксации за счёт сверхтонкого взаимодействия электронов с магнитными ядрами. 

В этой работе показано, что релаксацией электронной спиновой когерентности, связанной со сверхтонким взаимодействием, можно управлять с помощью последовательности СВЧ - импульсов. Мы рассмотрели последовательность импульсов, которая применяется в Карр-Парселл - экспериментах. Было показано теоретически и экспериментально, что процесс фазовой релаксации замедляется с увеличением числа π-импульсов в карр-парселловской последовательности. Мы считаем, что в экспериментах с карр-парселловским протоколом замедление расфазировки электронных спинов из-за спект-ральной диффузии является проявлением квантового эффекта Зенона.

Квантовый эффект Зенона может проявляться и в других протоколах с применением последовательностей импульсов микроволнового поля для реализации квантовых логичес-ких операций.

П.6. Актуальные проблемы физики конденсированных сред, в том числе квантовой макрофизики, мезоскопики, физики наноструктур, спинтроники, сверхпроводимости.


Публикации:

1. Zaripov R., Vavilova E., Miluykov V., Bezkishko I., Sinyashin O., Salikhov K., Kataev V., Büchner B.: Boosting the electron spin coherence in binuclear Mn complexes by multiple mi-crowave pulses. Phys. Rev. B 88, iss. 9, 094418(1-8) (2013)