L'écho de spin est une technique de séquences d'impulsions qui annule la déphasage inhomogène d'ensembles de spins ou de qubits en appliquant une ou plusieurs impulsions de contrôle (typiquement une impulsion π) qui inversent l'accumulation de phase, produisant une rephasage et un signal d'écho à un instant ultérieur prévisible.

Principe

Une impulsion d'inversion π appliquée au temps τ inverse le signe des décalages de phase accumulés dus à des inhomogénéités de champ statiques ou lentement variables, de sorte que les phases se réalignent au temps 2τ ; la méthode distingue la déphasage réversible des mécanismes irréversibles de décohérence.

Démonstration

Dans la séquence d'écho de Hahn, appliquer une impulsion π/2 pour créer une aimantation transverse, attendre τ pendant lequel les spins se déphasent, appliquer une impulsion π pour inverser les phases, puis observer un écho au temps 2τ ; l'amplitude de l'écho permet de sonder la cohérence et d'obtenir des informations sur T2 et T2* selon le protocole.

Mauvaise application

Supposer que l'écho de spin supprime toutes les formes de décohérence (y compris la relaxation T1 ou le bruit plus rapide que la bande passante de la séquence) ou négliger les imperfections d'impulsion et les transitoires de phase induits par l'impulsion conduit à surestimer la cohérence récupérable.

Conséquence

Une mise en œuvre correcte récupère la cohérence perdue par élargissement inhomogène réversible, prolonge les temps de cohérence observables pour la spectroscopie et le contrôle quantique, et permet la caractérisation des spectres de bruit ainsi que des primitives de correction d'erreur dans les dispositifs quantiques.

Inversion

Sans impulsion d'inversion, le déphasage d'ensemble entraîne une décroissance du signal transverse sans écho ; inversement, appliquer des séquences rapides d'impulsions d'inversion (découplage dynamique) généralise l'écho en une suppression continue de certaines bandes de bruit.

Limite

L'écho de spin corrige le déphasage dû à des inhomogénéités statiques ou au bruit basse fréquence mais ne peut pas inverser les processus de relaxation d'énergie (T1) ni la décohérence due à des réservoirs à haute fréquence ou fortement couplés ; les performances sont limitées par la fidélité des impulsions et la bande passante de contrôle finie.

Tension sémantique

Tension entre qualifier l'écho de 'récupération de cohérence' ou de 'rephasage temporaire' : l'écho restaure l'alignement de phase perdu par des processus réversibles mais n'implique pas l'élimination des sources sous-jacentes de décohérence ; cette distinction est importante pour les revendications sur la suppression d'erreurs.

Synthèse

Les séquences d'écho de spin utilisent l'inversion contrôlée de phase pour convertir une dispersion de phase déterministe en un réalignement ultérieur : elles séparent opérationnellement le déphasage inhomogène réversible de la décohérence irréversible et constituent une base pour la spectroscopie de bruit et le décrochage dynamique.