分子量子比特框架：自旋调控和量子传感

报告人简介：孙磊，吉林长春人。本科就读于南京大学化学化工学院，2011年获得学士学位。随后加入麻省理工学院化学系Mircea Dincă课题组，于2017年获得无机化学博士学位。2017‒2019年和2019‒2021年先后在美国西北大学化学系Danna E. Freedman教授和阿贡国家实验室纳米材料中心Tijana Rajh高级研究员的指导下从事博士后研究。2019‒2022年于佐治亚理工学院计算学院攻读机器学习，获得计算机科学硕士学位。2021年11月加入西湖大学理学院，兼任化学系和物理系助理教授，组建分子量子器件和量子信息实验室。

报告摘要: 分子量子比特框架（MQF）材料将稳定自由基集成于金属有机框架或共价有机框架中，可通过对框架材料的结构构建来设计自由基所处的声子和电磁环境，实现对其电子自旋动力学性质的精准调控，有望实现化学特异性量子传感、光量子存储等量子信息应用。本研究利用半醌式自由基构建一系列MQF材料，利用脉冲电子顺磁共振（EPR）波谱探索其自旋动力学性质的构效关系，提出增强结构刚性和降低自旋浓度的设计原则，将室温自旋弛豫时间和退相干时间分别提升至超过300 μs和5 μs。在手性MQF中观测到反常自旋弛豫现象，基于磁场和客体分子对该现象的调控，提出手性结构导致非对称自旋-声子耦合，发现了一种新型准粒子—自旋-声子极化子，并探索了其在加速量子比特初始化效率方面的应用。以上述MQF材料为量子探针，利用弛豫测试法和超精细光谱法，在室温溶液相实现了对微观粘度和核自旋的量子传感，并通过对脉冲序列及其相循环方法的设计实现了量子相干性提升和量子传感性能优化。