<?xml version="1.0" encoding="UTF-8"?>
<!DOCTYPE article PUBLIC "-//NLM//DTD Journal Publishing with OASIS Tables v3.0 20080202//EN" "https://jats.nlm.nih.gov/nlm-dtd/publishing/3.0/journalpub-oasis3.dtd">
<article xmlns:xlink="http://www.w3.org/1999/xlink" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" xmlns:oasis="http://docs.oasis-open.org/ns/oasis-exchange/table" xml:lang="en" dtd-version="3.0" article-type="research-article">
  <front>
    <journal-meta><journal-id journal-id-type="publisher">MR</journal-id><journal-title-group>
    <journal-title>Magnetic Resonance</journal-title>
    <abbrev-journal-title abbrev-type="publisher">MR</abbrev-journal-title><abbrev-journal-title abbrev-type="nlm-ta">Magn. Reson.</abbrev-journal-title>
  </journal-title-group><issn pub-type="epub">2699-0016</issn><publisher>
    <publisher-name>Copernicus Publications</publisher-name>
    <publisher-loc>Göttingen, Germany</publisher-loc>
  </publisher></journal-meta>
    <article-meta>
      <article-id pub-id-type="doi">10.5194/mr-7-53-2026</article-id><title-group><article-title>Scalable modeling of multi-spin ensembles in SABRE hyperpolarization: a symmetry-based framework for zero and ultralow fields</article-title><alt-title>Scalable modeling of multi-spin ensembles in SABRE hyperpolarization</alt-title>
      </title-group>
      <contrib-group>
        <contrib contrib-type="author" corresp="yes" rid="aff1">
          <name><surname>Markelov</surname><given-names>Danil</given-names></name>
          <email>d.markelov@tomo.nsc.ru</email>
        <ext-link>https://orcid.org/0009-0008-3382-7203</ext-link></contrib>
        <contrib contrib-type="author" corresp="no" rid="aff1">
          <name><surname>Snadin</surname><given-names>Alexander</given-names></name>
          
        <ext-link>https://orcid.org/0009-0004-6287-1423</ext-link></contrib>
        <contrib contrib-type="author" corresp="no" rid="aff1">
          <name><surname>Kiryutin</surname><given-names>Alexey</given-names></name>
          
        </contrib>
        <contrib contrib-type="author" corresp="no" rid="aff2">
          <name><surname>Barskiy</surname><given-names>Danila</given-names></name>
          
        </contrib>
        <contrib contrib-type="author" corresp="yes" rid="aff1">
          <name><surname>Yurkovskaya</surname><given-names>Alexandra</given-names></name>
          <email>yurk@tomo.nsc.ru</email>
        <ext-link>https://orcid.org/0000-0002-2465-838X</ext-link></contrib>
        <aff id="aff1"><label>1</label><institution>International Tomography Center SB RAS, Institutskaya 3a, Novosibirsk, 630090, Russia</institution>
        </aff>
        <aff id="aff2"><label>2</label><institution>Frost Institute for Chemistry and Molecular Science, Department of Chemistry, University of Miami, Coral Gables, FL 33146, USA</institution>
        </aff>
      </contrib-group>
      <author-notes><corresp id="corr1">Danil Markelov (d.markelov@tomo.nsc.ru) and Alexandra Yurkovskaya (yurk@tomo.nsc.ru)</corresp></author-notes><pub-date><day>21</day><month>May</month><year>2026</year></pub-date>
      
      <volume>7</volume>
      <issue>1</issue>
      <fpage>53</fpage><lpage>79</lpage>
      <history>
        <date date-type="received"><day>19</day><month>February</month><year>2026</year></date>
           <date date-type="rev-request"><day>24</day><month>February</month><year>2026</year></date>
           <date date-type="rev-recd"><day>13</day><month>April</month><year>2026</year></date>
           <date date-type="accepted"><day>13</day><month>April</month><year>2026</year></date>
      </history>
      <permissions>
        <copyright-statement>Copyright: © 2026 Danil Markelov et al.</copyright-statement>
        <copyright-year>2026</copyright-year>
      <license license-type="open-access"><license-p>This work is licensed under the Creative Commons Attribution 4.0 International License. To view a copy of this licence, visit <ext-link ext-link-type="uri" xlink:href="https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/">https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/</ext-link></license-p></license></permissions><self-uri xlink:href="https://mr.copernicus.org/articles/7/53/2026/mr-7-53-2026.html">This article is available from https://mr.copernicus.org/articles/7/53/2026/mr-7-53-2026.html</self-uri><self-uri xlink:href="https://mr.copernicus.org/articles/7/53/2026/mr-7-53-2026.pdf">The full text article is available as a PDF file from https://mr.copernicus.org/articles/7/53/2026/mr-7-53-2026.pdf</self-uri>
      <abstract><title>Abstract</title>

      <p id="d2e130">This work presents a theoretical framework for quantitative, scalable modeling of signal amplification by reversible exchange (SABRE) experiments under zero- and ultralow-field (ZULF) conditions. SABRE exploits the singlet spin order of parahydrogen to hyperpolarize nuclear spins of substrates without chemical modification, enhancing NMR signals. In the ZULF SABRE method, polarization transfer occurs in ultralow magnetic fields where Zeeman interactions are comparable to or weaker than scalar couplings, enabling coherent mixing of spin states and revealing interactions often suppressed at high fields. Our approach captures the full quantum dynamics of SABRE, including coherent evolution, chemical exchange, and relaxation, within a Liouville space formalism. We demonstrate that the Hamiltonian, relaxation, and exchange superoperators possess symmetry with respect to the total spin, allowing the dynamics to be rigorously restricted to the zero-quantum coherence subspace. This symmetry-based reduction yields a scalable framework for efficient simulation of multi-spin SABRE systems, allowing the treatment of arbitrary spin ensembles, including those containing <inline-formula><mml:math id="M1" display="inline"><mml:mrow class="chem"><mml:msup><mml:mi/><mml:mn mathvariant="normal">15</mml:mn></mml:msup><mml:mi mathvariant="normal">N</mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, <inline-formula><mml:math id="M2" display="inline"><mml:mrow class="chem"><mml:msup><mml:mi/><mml:mn mathvariant="normal">13</mml:mn></mml:msup><mml:mi mathvariant="normal">C</mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, <inline-formula><mml:math id="M3" display="inline"><mml:mrow class="chem"><mml:msup><mml:mi/><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msup><mml:mi mathvariant="normal">H</mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, and other nuclei. The approach is validated against full Liouville space calculations for small systems and is further applied to a 14-spin SABRE complex, demonstrating its ability to treat spin systems of a complexity well beyond the reach of conventional full Liouville space simulations. The framework thus provides a predictive tool for optimal polarization fields, ZULF NMR spectra, and the design of novel hyperpolarization experiments.</p>
  </abstract>
    
<funding-group>
<award-group id="gs1">
<funding-source>Russian Science Foundation</funding-source>
<award-id>25-23-00607</award-id>
</award-group>
</funding-group>
</article-meta>
  </front>
<body>
      

<sec id="Ch1.S1" sec-type="intro">
  <label>1</label><title>Introduction</title>
      <p id="d2e178">Nuclear magnetic resonance (NMR) is a powerful spectroscopic technique that provides detailed information about molecular structure and dynamics. Its sensitivity, however, is fundamentally limited by the low thermal polarization of nuclear spins, a limitation that is particularly severe for heteronuclei whose low gyromagnetic ratios and natural abundances result in intrinsically weak NMR signals <xref ref-type="bibr" rid="bib1.bibx51" id="paren.1"/>. Enhancing the polarization levels, i.e. hyperpolarization, of the magnetic nuclei is therefore of central importance for extending the applicability of NMR to chemically and biologically relevant systems <xref ref-type="bibr" rid="bib1.bibx23 bib1.bibx66 bib1.bibx60 bib1.bibx46 bib1.bibx97 bib1.bibx17 bib1.bibx3 bib1.bibx34 bib1.bibx13" id="paren.2"/>.</p>
      <p id="d2e187">Among the available hyperpolarization techniques, signal amplification by reversible exchange (SABRE) has emerged as a versatile and experimentally accessible method for boosting NMR sensitivity <xref ref-type="bibr" rid="bib1.bibx2 bib1.bibx80 bib1.bibx15 bib1.bibx76 bib1.bibx4" id="paren.3"/>. In SABRE, the spin order of parahydrogen is transferred to a target substrate through reversible binding to a transient metal–ligand complex, without permanent chemical modification of the molecule, as shown in Fig. <xref ref-type="fig" rid="F1"/>A <xref ref-type="bibr" rid="bib1.bibx6 bib1.bibx71 bib1.bibx84" id="paren.4"/>. Importantly, SABRE has been shown to efficiently hyperpolarize a variety of heteronuclear spin systems, including <inline-formula><mml:math id="M4" display="inline"><mml:mrow class="chem"><mml:msup><mml:mi/><mml:mn mathvariant="normal">13</mml:mn></mml:msup><mml:mi mathvariant="normal">C</mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula>-, <inline-formula><mml:math id="M5" display="inline"><mml:mrow class="chem"><mml:msup><mml:mi/><mml:mn mathvariant="normal">15</mml:mn></mml:msup><mml:mi mathvariant="normal">N</mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula>-, <inline-formula><mml:math id="M6" display="inline"><mml:mrow class="chem"><mml:msup><mml:mi/><mml:mn mathvariant="normal">19</mml:mn></mml:msup><mml:mi mathvariant="normal">F</mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula>-, <inline-formula><mml:math id="M7" display="inline"><mml:mrow class="chem"><mml:msup><mml:mi/><mml:mn mathvariant="normal">31</mml:mn></mml:msup><mml:mi mathvariant="normal">P</mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula>-, and <inline-formula><mml:math id="M8" display="inline"><mml:mrow class="chem"><mml:msup><mml:mi/><mml:mn mathvariant="normal">77</mml:mn></mml:msup><mml:mi mathvariant="normal">Se</mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula>-containing compounds <xref ref-type="bibr" rid="bib1.bibx45 bib1.bibx95 bib1.bibx89 bib1.bibx82 bib1.bibx40 bib1.bibx58 bib1.bibx38 bib1.bibx16 bib1.bibx64 bib1.bibx59 bib1.bibx93 bib1.bibx99" id="paren.5"/>. In biological NMR, heteronuclear detection is especially advantageous, as proton-based experiments are limited by the strong water background and short relaxation times <xref ref-type="bibr" rid="bib1.bibx63 bib1.bibx18 bib1.bibx35 bib1.bibx20 bib1.bibx65" id="paren.6"/>.</p>

      <fig id="F1" specific-use="star"><label>Figure 1</label><caption><p id="d2e267">Conceptual overview of the symmetry-based framework for SABRE under zero- and ultralow-field (ZULF) NMR conditions. <bold>(A)</bold> The full Liouville space has a dimension of <inline-formula><mml:math id="M9" display="inline"><mml:mrow><mml:msup><mml:mn mathvariant="normal">4</mml:mn><mml:mi>N</mml:mi></mml:msup></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, where <inline-formula><mml:math id="M10" display="inline"><mml:mi>N</mml:mi></mml:math></inline-formula> is the number of spins, rendering simulations of SABRE that include coherent spin evolution, relaxation, and chemical exchange computationally demanding. <bold>(B)</bold> Two symmetry reductions are employed: (1) permutation symmetry of equivalent spins, which is exploited via the introduction of effective spins <inline-formula><mml:math id="M11" display="inline"><mml:mi>K</mml:mi></mml:math></inline-formula>, and (2) conservation of the total spin projection <inline-formula><mml:math id="M12" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>F</mml:mi><mml:mi>z</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, which allows the dynamics to be rigorously restricted to the zero-quantum coherence (ZQC) subspace. <bold>(C)</bold> As a result, the problem is reduced to a substantially smaller ZQC Liouville space representation that still fully captures the relevant spin dynamics, thereby enabling quantitative simulations of multi-spin SABRE systems.</p></caption>
        <graphic xlink:href="https://mr.copernicus.org/articles/7/53/2026/mr-7-53-2026-f01.png"/>

      </fig>

      <p id="d2e323">Importantly, the efficiency of SABRE hyperpolarization is governed by the coherent spin dynamics within the coupled spin network formed by the parahydrogen-derived hydrides and the nuclear spins of the substrate in the transient metal complex <xref ref-type="bibr" rid="bib1.bibx71 bib1.bibx75 bib1.bibx30 bib1.bibx72 bib1.bibx73 bib1.bibx74 bib1.bibx37" id="paren.7"/>. Despite growing experimental interest in SABRE, the number of rigorous theoretical models describing its spin dynamics remains relatively limited. In the present work, we adopt a fully rigorous description of SABRE spin dynamics based on a Liouville space formulation, in which coherent evolution, relaxation, and chemical exchange are treated on equal footing through a master equation. Although alternative approaches exist <xref ref-type="bibr" rid="bib1.bibx54" id="paren.8"/>, our focus here is specifically on a framework that captures the complete quantum dynamics of the system <xref ref-type="bibr" rid="bib1.bibx43 bib1.bibx41 bib1.bibx42" id="paren.9"/>. This approach is firmly rooted in the standard theory of NMR spin dynamics <xref ref-type="bibr" rid="bib1.bibx53 bib1.bibx1 bib1.bibx19 bib1.bibx98 bib1.bibx83 bib1.bibx32" id="paren.10"/> and provides a conceptually transparent description of SABRE polarization transfer. However, the dimensionality of Liouville space grows exponentially with the number of spins involved, making direct simulations computationally intractable for large heteronuclear SABRE systems; see Fig. <xref ref-type="fig" rid="F1"/>A. Consequently, the development of a general and scalable framework for such multi-spin ensembles remains a significant challenge. Motivated by this, we present in this work a complementary approach to recent efforts <xref ref-type="bibr" rid="bib1.bibx55" id="paren.11"/> that leverages symmetry to render the full Liouville space treatment computationally tractable for complex SABRE systems.</p>
      <p id="d2e344">In parallel with the development of hyperpolarization methods, zero- and ultralow-field (ZULF) NMR has been gaining increasing attention as a rapidly developing complement to conventional high-field NMR that enables access to spin dynamics and interactions inaccessible at high magnetic fields <xref ref-type="bibr" rid="bib1.bibx9 bib1.bibx12 bib1.bibx50 bib1.bibx49 bib1.bibx77 bib1.bibx39 bib1.bibx8 bib1.bibx7 bib1.bibx96 bib1.bibx85" id="paren.12"/>. In this regime, experiments are performed in magnetic fields where Zeeman interactions are comparable to or weaker than scalar <inline-formula><mml:math id="M13" display="inline"><mml:mi>J</mml:mi></mml:math></inline-formula> couplings. ZULF NMR therefore offers several distinctive advantages that have driven its increasing adoption. The absence of a strong static magnetic field eliminates line broadening due to magnetic field inhomogeneities and enables exceptionally high spectral resolution <xref ref-type="bibr" rid="bib1.bibx10 bib1.bibx67 bib1.bibx86" id="paren.13"/>. Moreover, ZULF NMR is inherently compatible with compact, magnetically shielded setups and non-inductive detection schemes based on optically pumped magnetometers, allowing high sensitivity without the need for superconducting magnets <xref ref-type="bibr" rid="bib1.bibx49 bib1.bibx33 bib1.bibx28" id="paren.14"/>. For heteronuclear systems in particular, ZULF NMR provides access to spin interactions and dynamical effects that are strongly suppressed or effectively truncated at high magnetic fields <xref ref-type="bibr" rid="bib1.bibx11 bib1.bibx90 bib1.bibx70" id="paren.15"/>. In the ZULF regime, heteronuclear spin evolution is governed by the full, non-secular spin Hamiltonian, allowing otherwise negligible coupling terms and coherent mixing of spin states to influence the observed spectra <xref ref-type="bibr" rid="bib1.bibx39 bib1.bibx100 bib1.bibx101" id="paren.16"/>. This makes ZULF NMR especially well-suited for probing heteronuclear spin dynamics beyond the high-field approximation.</p>
      <p id="d2e370">The combination of the parahydrogen-based hyperpolarization with zero- and ultralow-field NMR provides a powerful approach for enhancing the sensitivity of NMR detection <xref ref-type="bibr" rid="bib1.bibx92 bib1.bibx91 bib1.bibx14 bib1.bibx81 bib1.bibx94 bib1.bibx78" id="paren.17"/>. By leveraging hyperpolarization in the ultralow-field regime, enhanced signals can be observed from collective spin states comprising <inline-formula><mml:math id="M14" display="inline"><mml:mrow class="chem"><mml:msup><mml:mi/><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msup><mml:mi mathvariant="normal">H</mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, <inline-formula><mml:math id="M15" display="inline"><mml:mrow class="chem"><mml:msup><mml:mi/><mml:mn mathvariant="normal">13</mml:mn></mml:msup><mml:mi mathvariant="normal">C</mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, <inline-formula><mml:math id="M16" display="inline"><mml:mrow class="chem"><mml:msup><mml:mi/><mml:mn mathvariant="normal">15</mml:mn></mml:msup><mml:mi mathvariant="normal">N</mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, and other nuclei. The theoretical consideration of SABRE under the ZULF conditions, or ZULF SABRE, is helpful for guiding the design of experiments, estimating optimal fields for polarization buildup, and predicting ZULF NMR spectra, thereby supporting the development of new polarization transfer strategies and their adaptation to the unique conditions of SABRE systems.</p>
      <p id="d2e412">Theoretical and computational studies of SABRE spin dynamics have attracted significant attention in recent years. In a number of works, it has been shown that the key contributions to polarization transfer in SABRE can be understood in terms of zero-quantum operators, highlighting the central role of the zero-quantum coherence (ZQC) subspace <xref ref-type="bibr" rid="bib1.bibx24 bib1.bibx87 bib1.bibx57 bib1.bibx52" id="paren.18"/>. In Liouville space, this subspace is defined by operators with zero eigenvalue of the superoperator of the <inline-formula><mml:math id="M17" display="inline"><mml:mi>z</mml:mi></mml:math></inline-formula> projection of the total spin, <inline-formula><mml:math id="M18" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mover accent="true"><mml:mi mathvariant="bold">F</mml:mi><mml:mo stretchy="true" mathvariant="normal">^</mml:mo></mml:mover><mml:mo stretchy="true" mathvariant="normal">^</mml:mo></mml:mover><mml:mi>z</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, where the quantization axis is set by the direction of the ultralow external magnetic field. In particular, <xref ref-type="bibr" rid="bib1.bibx55" id="text.19"/> demonstrated that the description in terms of zero-quantum operators, including exchange and relaxation, successfully captures SABRE dynamics while reducing the dimensionality of the problem.</p>
      <p id="d2e445">Here, we place these observations on a rigorous footing. We formally show (Fig. <xref ref-type="fig" rid="F1"/>B) that the Hamiltonian, relaxation, and chemical exchange superoperators in Liouville space possess a well-defined symmetry with respect to <inline-formula><mml:math id="M19" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mover accent="true"><mml:mi mathvariant="bold">F</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="true">^</mml:mo></mml:mover><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="true">^</mml:mo></mml:mover><mml:mi>z</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula>. This symmetry guarantees that the dynamics is restricted to the ZQC subspace and that only these components contribute to polarization transfer in ZULF SABRE. Exploiting this symmetry, we develop a general and scalable computational framework based on systematic restriction to the ZQC subspace (Fig. <xref ref-type="fig" rid="F1"/>C). The approach is validated against full Liouville space simulations for small spin systems, reproducing exact results while providing computational speedups of 30–50 times. For larger systems, such as a 14-spin SABRE complex, the method enables simulations that would be computationally infeasible in the full Liouville space.</p>
</sec>
<sec id="Ch1.S2">
  <label>2</label><title>Theory</title>
<sec id="Ch1.S2.SS1">
  <label>2.1</label><title>Block-diagonal decomposition of Hilbert space</title>
      <p id="d2e484">We begin by considering the low-field spin Hamiltonian governing the coherent dynamics of a coupled <inline-formula><mml:math id="M20" display="inline"><mml:mi>N</mml:mi></mml:math></inline-formula>-spin system (in units of <inline-formula><mml:math id="M21" display="inline"><mml:mi mathvariant="normal">ℏ</mml:mi></mml:math></inline-formula>):

            <disp-formula id="Ch1.E1" content-type="numbered"><label>1</label><mml:math id="M22" display="block"><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mi>H</mml:mi><mml:mo stretchy="false" mathvariant="normal">^</mml:mo></mml:mover><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mi>B</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn></mml:msub><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo><mml:munderover><mml:mo movablelimits="false">∑</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>l</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:munderover><mml:msup><mml:mi mathvariant="italic">γ</mml:mi><mml:mi>l</mml:mi></mml:msup><mml:msubsup><mml:mover accent="true"><mml:mi>I</mml:mi><mml:mo stretchy="false" mathvariant="normal">^</mml:mo></mml:mover><mml:mi>z</mml:mi><mml:mrow><mml:mspace linebreak="nobreak" width="0.125em"/><mml:mi>l</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn><mml:mi mathvariant="italic">π</mml:mi><mml:munderover><mml:mo movablelimits="false">∑</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>l</mml:mi><mml:mo>&lt;</mml:mo><mml:mi>m</mml:mi></mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:munderover><mml:msup><mml:mi>J</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>l</mml:mi><mml:mi>m</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo mathsize="1.1em">(</mml:mo><mml:msup><mml:mover accent="true"><mml:mi mathvariant="bold">I</mml:mi><mml:mo stretchy="false" mathvariant="normal">^</mml:mo></mml:mover><mml:mrow><mml:mspace linebreak="nobreak" width="0.125em"/><mml:mi>l</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>⋅</mml:mo><mml:msup><mml:mover accent="true"><mml:mi mathvariant="bold">I</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="false">^</mml:mo></mml:mover><mml:mrow><mml:mspace linebreak="nobreak" width="0.125em"/><mml:mi>m</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo mathsize="1.1em">)</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo></mml:mrow></mml:math></disp-formula>

          where <inline-formula><mml:math id="M23" display="inline"><mml:mi>N</mml:mi></mml:math></inline-formula> is the total number of nuclei in the spin system, <inline-formula><mml:math id="M24" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>B</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn></mml:msub><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula> is an external magnetic field, <inline-formula><mml:math id="M25" display="inline"><mml:mrow><mml:msup><mml:mi mathvariant="italic">γ</mml:mi><mml:mi>l</mml:mi></mml:msup></mml:mrow></mml:math></inline-formula> is the gyromagnetic ratio of nucleus <inline-formula><mml:math id="M26" display="inline"><mml:mi>l</mml:mi></mml:math></inline-formula>, <inline-formula><mml:math id="M27" display="inline"><mml:mrow><mml:msup><mml:mi>J</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>l</mml:mi><mml:mi>m</mml:mi></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:math></inline-formula> is the <inline-formula><mml:math id="M28" display="inline"><mml:mi>J</mml:mi></mml:math></inline-formula>-coupling constant between nuclei <inline-formula><mml:math id="M29" display="inline"><mml:mi>l</mml:mi></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math id="M30" display="inline"><mml:mi>m</mml:mi></mml:math></inline-formula>, and <inline-formula><mml:math id="M31" display="inline"><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:msup><mml:mover accent="true"><mml:mi mathvariant="bold">I</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="false">^</mml:mo></mml:mover><mml:mrow><mml:mspace linebreak="nobreak" width="0.125em"/><mml:mi>l</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>⋅</mml:mo><mml:msup><mml:mover accent="true"><mml:mi mathvariant="bold">I</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="false">^</mml:mo></mml:mover><mml:mrow><mml:mspace linebreak="nobreak" width="0.125em"/><mml:mi>m</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula> denotes the scalar product of the corresponding spin operators. At ultralow magnetic fields, chemical shift terms are neglected. However, the framework presented below is not limited to this regime; chemical shifts can be incorporated straightforwardly without modifying the theoretical description.</p>
      <p id="d2e729">In this section, we analyze the symmetry properties of the Hamiltonian in Eq. (<xref ref-type="disp-formula" rid="Ch1.E1"/>) and show that they give rise to a block-diagonal structure in an appropriate basis. As a result, the spin dynamics can be rigorously restricted to invariant subspaces of reduced dimensionality. This symmetry-based reduction provides a practical route for treating large, coupled spin systems and underpins the SABRE applications presented in the subsequent sections.</p>
      <p id="d2e734">Importantly, throughout this work we treat the general and experimentally relevant case of a non-zero magnetic field, <inline-formula><mml:math id="M32" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>B</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn></mml:msub><mml:mo>≠</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula>. In practice, a strictly zero field is never realized due to residual magnetic fields, which makes the present approach directly applicable to SABRE polarization transfer at ultralow fields and to the simulation of ZULF NMR spectra across different coupling regimes, ranging from the <inline-formula><mml:math id="M33" display="inline"><mml:mi>J</mml:mi></mml:math></inline-formula>-coupling-dominated to the Zeeman-dominated limit <xref ref-type="bibr" rid="bib1.bibx14" id="paren.20"/>. A separate and careful symmetry analysis would be required only in the idealized limit <inline-formula><mml:math id="M34" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>B</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, which lies beyond the scope of the present study.</p>
<sec id="Ch1.S2.SS1.SSS1">
  <label>2.1.1</label><title>The group of magnetically equivalent nuclei</title>
      <p id="d2e785">Assume that we have a group <inline-formula><mml:math id="M35" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>G</mml:mi><mml:mi>P</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> of <inline-formula><mml:math id="M36" display="inline"><mml:mi>P</mml:mi></mml:math></inline-formula> magnetically equivalent spins, reflecting the underlying molecular symmetry, for instance, the three protons of a methyl (<inline-formula><mml:math id="M37" display="inline"><mml:mrow class="chem"><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">CH</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">3</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula>) group or the two protons of a methylene (<inline-formula><mml:math id="M38" display="inline"><mml:mrow class="chem"><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">CH</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula>) group. Therefore, for each external nucleus <inline-formula><mml:math id="M39" display="inline"><mml:mrow><mml:mi>m</mml:mi><mml:mo>∉</mml:mo><mml:msub><mml:mi>G</mml:mi><mml:mi>P</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, the <inline-formula><mml:math id="M40" display="inline"><mml:mi>J</mml:mi></mml:math></inline-formula> coupling between <inline-formula><mml:math id="M41" display="inline"><mml:mi>m</mml:mi></mml:math></inline-formula> and any spin <inline-formula><mml:math id="M42" display="inline"><mml:mrow><mml:mi>p</mml:mi><mml:mo>∈</mml:mo><mml:msub><mml:mi>G</mml:mi><mml:mi>P</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> is the same: <inline-formula><mml:math id="M43" display="inline"><mml:mrow><mml:msup><mml:mi>J</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>m</mml:mi><mml:mi>p</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>=</mml:mo><mml:msup><mml:mi>J</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>m</mml:mi><mml:msub><mml:mi>G</mml:mi><mml:mi>P</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:math></inline-formula>. Thus, the <inline-formula><mml:math id="M44" display="inline"><mml:mi>J</mml:mi></mml:math></inline-formula>-coupling constant is independent of the index of the nucleus within <inline-formula><mml:math id="M45" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>G</mml:mi><mml:mi>P</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> and depends only on the outer nucleus <inline-formula><mml:math id="M46" display="inline"><mml:mi>m</mml:mi></mml:math></inline-formula>. The magnetic equivalence enables us to treat the group <inline-formula><mml:math id="M47" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>G</mml:mi><mml:mi>P</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> as a pseudo-nucleus with total spin <inline-formula><mml:math id="M48" display="inline"><mml:mi>K</mml:mi></mml:math></inline-formula>. The Hilbert space of <inline-formula><mml:math id="M49" display="inline"><mml:mi>P</mml:mi></mml:math></inline-formula> identical spin-<inline-formula><mml:math id="M50" display="inline"><mml:mrow><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mo>/</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula> nuclei can be decomposed into invariant subspaces corresponding to definite total spin <xref ref-type="bibr" rid="bib1.bibx61" id="paren.21"/>:

              <disp-formula id="Ch1.E2" content-type="numbered"><label>2</label><mml:math id="M51" display="block"><mml:mrow><mml:munderover><mml:mo movablelimits="false">⊗</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:mrow><mml:mi>P</mml:mi></mml:munderover><mml:msubsup><mml:mi>D</mml:mi><mml:mrow><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mo>/</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:msubsup><mml:mo>=</mml:mo><mml:munderover><mml:mo movablelimits="false">⊕</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>K</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mi>K</mml:mi><mml:mo>min⁡</mml:mo></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>P</mml:mi><mml:mo>/</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:mrow></mml:munderover><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">μ</mml:mi><mml:mi>K</mml:mi></mml:msub><mml:msub><mml:mi>D</mml:mi><mml:mi>K</mml:mi></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo></mml:mrow></mml:math></disp-formula>

            where <inline-formula><mml:math id="M52" display="inline"><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi>D</mml:mi><mml:mrow><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mo>/</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:msubsup></mml:mrow></mml:math></inline-formula> denotes the spin-<inline-formula><mml:math id="M53" display="inline"><mml:mrow><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mo>/</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula> representation for spin <inline-formula><mml:math id="M54" display="inline"><mml:mi>i</mml:mi></mml:math></inline-formula>, <inline-formula><mml:math id="M55" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>D</mml:mi><mml:mi>K</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> is the irreducible representation of the collective spin system corresponding to total spin <inline-formula><mml:math id="M56" display="inline"><mml:mi>K</mml:mi></mml:math></inline-formula>, and

              <disp-formula id="Ch1.E3" content-type="numbered"><label>3</label><mml:math id="M57" display="block"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">μ</mml:mi><mml:mi>K</mml:mi></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mrow><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn><mml:mi>K</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>P</mml:mi><mml:mo>/</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>K</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mfenced open="(" close=")"><mml:mfrac linethickness="0"><mml:mi>P</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>P</mml:mi><mml:mo>/</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>K</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mfenced></mml:mrow></mml:math></disp-formula>

            is the multiplicity of spin <inline-formula><mml:math id="M58" display="inline"><mml:mi>K</mml:mi></mml:math></inline-formula>, where <inline-formula><mml:math id="M59" display="inline"><mml:mrow><mml:mfenced close=")" open="("><mml:mfrac linethickness="0"><mml:mi>n</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:mfrac></mml:mfenced><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>n</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">!</mml:mi><mml:mo>/</mml:mo><mml:mo>[</mml:mo><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">!</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">!</mml:mi><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula> is the binomial coefficient. This commutation relation, <inline-formula><mml:math id="M60" display="inline"><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:msup><mml:mover accent="true"><mml:mi>K</mml:mi><mml:mo stretchy="false" mathvariant="normal">^</mml:mo></mml:mover><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msup><mml:mo>,</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mi>H</mml:mi><mml:mo stretchy="false" mathvariant="normal">^</mml:mo></mml:mover><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo><mml:mo>]</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, allows the Hamiltonian in Eq. (<xref ref-type="disp-formula" rid="Ch1.E1"/>) to be block diagonalized according to the total spin <inline-formula><mml:math id="M61" display="inline"><mml:mi>K</mml:mi></mml:math></inline-formula> of the group <inline-formula><mml:math id="M62" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>G</mml:mi><mml:mi>P</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> <xref ref-type="bibr" rid="bib1.bibx5" id="paren.22"/>:

              <disp-formula id="Ch1.E4" content-type="numbered"><label>4</label><mml:math id="M63" display="block"><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mi>H</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="false">^</mml:mo></mml:mover><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:munderover><mml:mo movablelimits="false">⊕</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>K</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mi>K</mml:mi><mml:mo>min⁡</mml:mo></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>P</mml:mi><mml:mo>/</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:mrow></mml:munderover><mml:mo>〈</mml:mo><mml:mi>K</mml:mi><mml:mo>|</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mi>H</mml:mi><mml:mo stretchy="false" mathvariant="normal">^</mml:mo></mml:mover><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo><mml:mo>|</mml:mo><mml:mi>K</mml:mi><mml:mo>〉</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:munderover><mml:mo movablelimits="false">⊕</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>K</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mi>K</mml:mi><mml:mo>min⁡</mml:mo></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>P</mml:mi><mml:mo>/</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:mrow></mml:munderover><mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mi>H</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="false">^</mml:mo></mml:mover><mml:mi>K</mml:mi></mml:msub><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo></mml:mrow></mml:math></disp-formula>

            where

              <disp-formula id="Ch1.E5" content-type="numbered"><label>5</label><mml:math id="M64" display="block"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>K</mml:mi><mml:mo>min⁡</mml:mo></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfenced open="{" close=""><mml:mtable class="cases" columnspacing="1em" rowspacing="0.2ex" columnalign="left left" framespacing="0em"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mtext>if </mml:mtext><mml:mi>P</mml:mi><mml:mtext> is even</mml:mtext><mml:mo>,</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mo>/</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mtext>if </mml:mtext><mml:mi>P</mml:mi><mml:mtext> is odd</mml:mtext><mml:mo>.</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mfenced></mml:mrow></mml:math></disp-formula></p>
      <p id="d2e1397">Similarly, when the density matrix of the full spin ensemble commutes with the total spin operator, <inline-formula><mml:math id="M65" display="inline"><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:msup><mml:mover accent="true"><mml:mi>K</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="false">^</mml:mo></mml:mover><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msup><mml:mo>,</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mi mathvariant="italic">ρ</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="false">^</mml:mo></mml:mover><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo><mml:mo>]</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, it can be decomposed into the corresponding invariant subspaces:

              <disp-formula id="Ch1.E6" content-type="numbered"><label>6</label><mml:math id="M66" display="block"><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mi mathvariant="italic">ρ</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="false">^</mml:mo></mml:mover><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:munderover><mml:mo movablelimits="false">⊕</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>K</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mi>K</mml:mi><mml:mo>min⁡</mml:mo></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>P</mml:mi><mml:mo>/</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:mrow></mml:munderover><mml:msub><mml:mi>g</mml:mi><mml:mi>K</mml:mi></mml:msub><mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mi mathvariant="italic">ρ</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="false">^</mml:mo></mml:mover><mml:mi>K</mml:mi></mml:msub><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo></mml:mrow></mml:math></disp-formula>

            where

              <disp-formula id="Ch1.E7" content-type="numbered"><label>7</label><mml:math id="M67" display="block"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>g</mml:mi><mml:mi>K</mml:mi></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn><mml:mi>K</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mo>)</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">μ</mml:mi><mml:mi>K</mml:mi></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:msup><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn><mml:mi>P</mml:mi></mml:msup></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle></mml:mrow></mml:math></disp-formula>

            is a statistical weight of the <inline-formula><mml:math id="M68" display="inline"><mml:mi>K</mml:mi></mml:math></inline-formula> subspace with <inline-formula><mml:math id="M69" display="inline"><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mo>∑</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>K</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mi>K</mml:mi><mml:mo>min⁡</mml:mo></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>P</mml:mi><mml:mo>/</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msub><mml:mi>g</mml:mi><mml:mi>K</mml:mi></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula>. Each block of the density matrix is normalized in the usual way, <inline-formula><mml:math id="M70" display="inline"><mml:mrow><mml:mtext>Tr</mml:mtext><mml:mo mathvariant="italic">{</mml:mo><mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mi mathvariant="italic">ρ</mml:mi><mml:mo stretchy="false" mathvariant="normal">^</mml:mo></mml:mover><mml:mi>K</mml:mi></mml:msub><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo><mml:mo mathvariant="italic">}</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula>. For an observable <inline-formula><mml:math id="M71" display="inline"><mml:mover accent="true"><mml:mi>O</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="false">^</mml:mo></mml:mover></mml:math></inline-formula> that commutes with the total spin operator, <inline-formula><mml:math id="M72" display="inline"><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:msup><mml:mover accent="true"><mml:mi>K</mml:mi><mml:mo stretchy="false" mathvariant="normal">^</mml:mo></mml:mover><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msup><mml:mo>,</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mi>O</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="false">^</mml:mo></mml:mover><mml:mo>]</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, the expectation value can be calculated block-wise. First, the operator is decomposed into the following corresponding blocks:

              <disp-formula id="Ch1.E8" content-type="numbered"><label>8</label><mml:math id="M73" display="block"><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mi>O</mml:mi><mml:mo stretchy="false" mathvariant="normal">^</mml:mo></mml:mover><mml:mo>=</mml:mo><mml:munderover><mml:mo movablelimits="false">⊕</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>K</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mi>K</mml:mi><mml:mo>min⁡</mml:mo></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>P</mml:mi><mml:mo>/</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:mrow></mml:munderover><mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mi>O</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="false">^</mml:mo></mml:mover><mml:mi>K</mml:mi></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo></mml:mrow></mml:math></disp-formula>

            and then the ensemble average is obtained as

              <disp-formula id="Ch1.E9" content-type="numbered"><label>9</label><mml:math id="M74" display="block"><mml:mtable rowspacing="0.2ex" class="split" displaystyle="true" columnalign="right left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:mo>〈</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mi>O</mml:mi><mml:mo stretchy="false" mathvariant="normal">^</mml:mo></mml:mover><mml:mo>〉</mml:mo><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mtext>Tr</mml:mtext><mml:mo mathvariant="italic">{</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mi>O</mml:mi><mml:mo stretchy="false" mathvariant="normal">^</mml:mo></mml:mover><mml:mover accent="true"><mml:mi mathvariant="italic">ρ</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="false">^</mml:mo></mml:mover><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo><mml:mo mathvariant="italic">}</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:munderover><mml:mo movablelimits="false">∑</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>K</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mi>K</mml:mi><mml:mo>min⁡</mml:mo></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>P</mml:mi><mml:mo>/</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:mrow></mml:munderover><mml:msub><mml:mi>g</mml:mi><mml:mi>K</mml:mi></mml:msub><mml:mspace width="0.125em" linebreak="nobreak"/><mml:mtext>Tr</mml:mtext><mml:mo mathvariant="italic">{</mml:mo><mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mi>O</mml:mi><mml:mo stretchy="false" mathvariant="normal">^</mml:mo></mml:mover><mml:mi>K</mml:mi></mml:msub><mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mi mathvariant="italic">ρ</mml:mi><mml:mo stretchy="false" mathvariant="normal">^</mml:mo></mml:mover><mml:mi>K</mml:mi></mml:msub><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo><mml:mo mathvariant="italic">}</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd/><mml:mtd><mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:munderover><mml:mo movablelimits="false">∑</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>K</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mi>K</mml:mi><mml:mo>min⁡</mml:mo></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>P</mml:mi><mml:mo>/</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:mrow></mml:munderover><mml:msub><mml:mi>g</mml:mi><mml:mi>K</mml:mi></mml:msub><mml:mspace linebreak="nobreak" width="0.125em"/><mml:mo>〈</mml:mo><mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mi>O</mml:mi><mml:mo stretchy="false" mathvariant="normal">^</mml:mo></mml:mover><mml:mi>K</mml:mi></mml:msub><mml:mo>〉</mml:mo><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo><mml:mo>.</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula></p>
</sec>
<sec id="Ch1.S2.SS1.SSS2">
  <label>2.1.2</label><title>The <inline-formula><mml:math id="M75" display="inline"><mml:mi>z</mml:mi></mml:math></inline-formula> projection of total spin</title>
      <p id="d2e1865">Each block <inline-formula><mml:math id="M76" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mi>H</mml:mi><mml:mo stretchy="false" mathvariant="normal">^</mml:mo></mml:mover><mml:mi>K</mml:mi></mml:msub><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula> corresponding to the total spin <inline-formula><mml:math id="M77" display="inline"><mml:mi>K</mml:mi></mml:math></inline-formula> of the group <inline-formula><mml:math id="M78" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>G</mml:mi><mml:mi>P</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> can be further decomposed according to the <inline-formula><mml:math id="M79" display="inline"><mml:mi>z</mml:mi></mml:math></inline-formula> projection of the total spin. Specifically, consider a single <inline-formula><mml:math id="M80" display="inline"><mml:mi>K</mml:mi></mml:math></inline-formula> block:

              <disp-formula id="Ch1.E10" content-type="numbered"><label>10</label><mml:math id="M81" display="block"><mml:mtable rowspacing="0.2ex" class="split" displaystyle="true" columnalign="right left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mi>H</mml:mi><mml:mo stretchy="false" mathvariant="normal">^</mml:mo></mml:mover><mml:mi>K</mml:mi></mml:msub><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mi>B</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn></mml:msub><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo><mml:mfenced open="(" close=")"><mml:mrow><mml:munderover><mml:mo movablelimits="false">∑</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>l</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>P</mml:mi></mml:mrow></mml:munderover><mml:msup><mml:mi mathvariant="italic">γ</mml:mi><mml:mi>l</mml:mi></mml:msup><mml:msubsup><mml:mover accent="true"><mml:mi>I</mml:mi><mml:mo stretchy="false" mathvariant="normal">^</mml:mo></mml:mover><mml:mi>z</mml:mi><mml:mi>l</mml:mi></mml:msubsup><mml:mo>+</mml:mo><mml:msup><mml:mi mathvariant="italic">γ</mml:mi><mml:mi>P</mml:mi></mml:msup><mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mi>K</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="false">^</mml:mo></mml:mover><mml:mi>z</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:mfenced></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd/><mml:mtd><mml:mrow><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn><mml:mi mathvariant="italic">π</mml:mi><mml:munderover><mml:mo movablelimits="false">∑</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>l</mml:mi><mml:mo>&lt;</mml:mo><mml:mi>m</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>P</mml:mi></mml:mrow></mml:munderover><mml:msup><mml:mi>J</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>l</mml:mi><mml:mi>m</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo mathsize="1.1em">(</mml:mo><mml:msup><mml:mover accent="true"><mml:mi mathvariant="bold">I</mml:mi><mml:mo stretchy="false" mathvariant="normal">^</mml:mo></mml:mover><mml:mi>l</mml:mi></mml:msup><mml:mo>⋅</mml:mo><mml:msup><mml:mover accent="true"><mml:mi mathvariant="bold">I</mml:mi><mml:mo stretchy="false" mathvariant="normal">^</mml:mo></mml:mover><mml:mi>m</mml:mi></mml:msup><mml:mo mathsize="1.1em">)</mml:mo><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn><mml:mi mathvariant="italic">π</mml:mi><mml:munderover><mml:mo movablelimits="false">∑</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>l</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>P</mml:mi></mml:mrow></mml:munderover><mml:msup><mml:mi>J</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>l</mml:mi><mml:msub><mml:mi>G</mml:mi><mml:mi>P</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:msup><mml:mo mathsize="1.1em">(</mml:mo><mml:msup><mml:mover accent="true"><mml:mi mathvariant="bold">I</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="false">^</mml:mo></mml:mover><mml:mi>l</mml:mi></mml:msup><mml:mo>⋅</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mi mathvariant="bold">K</mml:mi><mml:mo stretchy="false" mathvariant="normal">^</mml:mo></mml:mover><mml:mo mathsize="1.1em">)</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>

            where <inline-formula><mml:math id="M82" display="inline"><mml:mrow><mml:msup><mml:mi mathvariant="italic">γ</mml:mi><mml:mi>P</mml:mi></mml:msup></mml:mrow></mml:math></inline-formula> is the gyromagnetic ratio of a nucleus in the group <inline-formula><mml:math id="M83" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>G</mml:mi><mml:mi>P</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> of <inline-formula><mml:math id="M84" display="inline"><mml:mi>P</mml:mi></mml:math></inline-formula> magnetically equivalent nuclei, and <inline-formula><mml:math id="M85" display="inline"><mml:mrow><mml:msup><mml:mi>J</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>l</mml:mi><mml:msub><mml:mi>G</mml:mi><mml:mi>P</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:math></inline-formula> denotes the <inline-formula><mml:math id="M86" display="inline"><mml:mi>J</mml:mi></mml:math></inline-formula>-coupling constant between an external nucleus <inline-formula><mml:math id="M87" display="inline"><mml:mrow><mml:mi>l</mml:mi><mml:mo>∉</mml:mo><mml:msub><mml:mi>G</mml:mi><mml:mi>P</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> and the nuclei within the group <inline-formula><mml:math id="M88" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>G</mml:mi><mml:mi>P</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula>. <inline-formula><mml:math id="M89" display="inline"><mml:mi>J</mml:mi></mml:math></inline-formula> couplings within the group <inline-formula><mml:math id="M90" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>G</mml:mi><mml:mi>P</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> are omitted as they do not affect the dynamics within the <inline-formula><mml:math id="M91" display="inline"><mml:mi>K</mml:mi></mml:math></inline-formula> block. The Hamiltonian <inline-formula><mml:math id="M92" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mi>H</mml:mi><mml:mo stretchy="false" mathvariant="normal">^</mml:mo></mml:mover><mml:mi>K</mml:mi></mml:msub><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula> commutes with the <inline-formula><mml:math id="M93" display="inline"><mml:mi>z</mml:mi></mml:math></inline-formula> projection of the total spin of all nuclei, <inline-formula><mml:math id="M94" display="inline"><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mi>F</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="false">^</mml:mo></mml:mover><mml:mi>z</mml:mi></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mi>H</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="false">^</mml:mo></mml:mover><mml:mi>K</mml:mi></mml:msub><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo><mml:mo>]</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, where

              <disp-formula id="Ch1.E11" content-type="numbered"><label>11</label><mml:math id="M95" display="block"><mml:mrow><mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mi>F</mml:mi><mml:mo stretchy="false" mathvariant="normal">^</mml:mo></mml:mover><mml:mi>z</mml:mi></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:munderover><mml:mo movablelimits="false">∑</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>l</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>P</mml:mi></mml:mrow></mml:munderover><mml:msubsup><mml:mover accent="true"><mml:mi>I</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="false">^</mml:mo></mml:mover><mml:mi>z</mml:mi><mml:mi>l</mml:mi></mml:msubsup><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mi>K</mml:mi><mml:mo stretchy="false" mathvariant="normal">^</mml:mo></mml:mover><mml:mi>z</mml:mi></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo></mml:mrow></mml:math></disp-formula>

            and the first sum runs over a set of non-equivalent spin-<inline-formula><mml:math id="M96" display="inline"><mml:mrow><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mo>/</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula> nuclei outside the group <inline-formula><mml:math id="M97" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>G</mml:mi><mml:mi>P</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula>. Consequently, <inline-formula><mml:math id="M98" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mi>H</mml:mi><mml:mo stretchy="false" mathvariant="normal">^</mml:mo></mml:mover><mml:mi>K</mml:mi></mml:msub><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula> is block diagonal with respect to the eigenvalues of <inline-formula><mml:math id="M99" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mi>F</mml:mi><mml:mo stretchy="false" mathvariant="normal">^</mml:mo></mml:mover><mml:mi>z</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, which takes values <inline-formula><mml:math id="M100" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>F</mml:mi><mml:mi>z</mml:mi></mml:msub><mml:mo>∈</mml:mo><mml:mfenced close="}" open="{"><mml:mrow><mml:mstyle displaystyle="false"><mml:mfrac style="text"><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>P</mml:mi></mml:mrow><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>K</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="false"><mml:mfrac style="text"><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>P</mml:mi></mml:mrow><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>K</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">…</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mo>-</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="false"><mml:mfrac style="text"><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>P</mml:mi></mml:mrow><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>K</mml:mi></mml:mrow></mml:mfenced></mml:mrow></mml:math></inline-formula>. In other words, <inline-formula><mml:math id="M101" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mi>H</mml:mi><mml:mo stretchy="false" mathvariant="normal">^</mml:mo></mml:mover><mml:mi>K</mml:mi></mml:msub><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula> can be decomposed as <inline-formula><mml:math id="M102" display="inline"><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn><mml:mspace width="0.125em" linebreak="nobreak"/><mml:mi>K</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>N</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>P</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula> blocks:

              <disp-formula id="Ch1.E12" content-type="numbered"><label>12</label><mml:math id="M103" display="block"><mml:mtable class="split" rowspacing="0.2ex" displaystyle="true" columnalign="right left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mi>H</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="false">^</mml:mo></mml:mover><mml:mi>K</mml:mi></mml:msub><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:munderover><mml:mo movablelimits="false">⊕</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>F</mml:mi><mml:mi>z</mml:mi></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>-</mml:mo><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>N</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>P</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo><mml:mo>/</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>K</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>N</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>P</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo><mml:mo>/</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>K</mml:mi></mml:mrow></mml:munderover><mml:mo>〈</mml:mo><mml:msub><mml:mi>F</mml:mi><mml:mi>z</mml:mi></mml:msub><mml:mo>|</mml:mo><mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mi>H</mml:mi><mml:mo stretchy="false" mathvariant="normal">^</mml:mo></mml:mover><mml:mi>K</mml:mi></mml:msub><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo><mml:mo>|</mml:mo><mml:msub><mml:mi>F</mml:mi><mml:mi>z</mml:mi></mml:msub><mml:mo>〉</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd/><mml:mtd><mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:munderover><mml:mo movablelimits="false">⊕</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>F</mml:mi><mml:mi>z</mml:mi></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>-</mml:mo><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>N</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>P</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo><mml:mo>/</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>K</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>N</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>P</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo><mml:mo>/</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>K</mml:mi></mml:mrow></mml:munderover><mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mi>H</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="false">^</mml:mo></mml:mover><mml:mrow><mml:mi>K</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>F</mml:mi><mml:mi>z</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>

            with each block <inline-formula><mml:math id="M104" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mi>H</mml:mi><mml:mo stretchy="false" mathvariant="normal">^</mml:mo></mml:mover><mml:mrow><mml:mi>K</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>F</mml:mi><mml:mi>z</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula> corresponding to specific values of <inline-formula><mml:math id="M105" display="inline"><mml:mi>K</mml:mi></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math id="M106" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>F</mml:mi><mml:mi>z</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula>.</p>
</sec>
<sec id="Ch1.S2.SS1.SSS3">
  <label>2.1.3</label><title>Coherent spin dynamics</title>
      <p id="d2e2776">The time evolution of the density matrix <inline-formula><mml:math id="M107" display="inline"><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mi mathvariant="italic">ρ</mml:mi><mml:mo stretchy="false" mathvariant="normal">^</mml:mo></mml:mover><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula> is governed by the Liouville–von Neumann (LvN) equation:

              <disp-formula id="Ch1.E13" content-type="numbered"><label>13</label><mml:math id="M108" display="block"><mml:mrow><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mrow><mml:mo>∂</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mi mathvariant="italic">ρ</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="false">^</mml:mo></mml:mover><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>∂</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>[</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mi>H</mml:mi><mml:mo stretchy="false" mathvariant="normal">^</mml:mo></mml:mover><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mi mathvariant="italic">ρ</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="false">^</mml:mo></mml:mover><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo><mml:mo>]</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo></mml:mrow></mml:math></disp-formula>

            with an initial state <inline-formula><mml:math id="M109" display="inline"><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mi mathvariant="italic">ρ</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="false">^</mml:mo></mml:mover><mml:mo>(</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula>. If the initial state commutes with the symmetry operators, <inline-formula><mml:math id="M110" display="inline"><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:msup><mml:mover accent="true"><mml:mi>K</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="false">^</mml:mo></mml:mover><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msup><mml:mo>,</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mi mathvariant="italic">ρ</mml:mi><mml:mo stretchy="false" mathvariant="normal">^</mml:mo></mml:mover><mml:mo>(</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn><mml:mo>)</mml:mo><mml:mo>]</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>[</mml:mo><mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mi>F</mml:mi><mml:mo stretchy="false" mathvariant="normal">^</mml:mo></mml:mover><mml:mi>z</mml:mi></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mi mathvariant="italic">ρ</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="false">^</mml:mo></mml:mover><mml:mo>(</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn><mml:mo>)</mml:mo><mml:mo>]</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, then the block-diagonal decomposition of <inline-formula><mml:math id="M111" display="inline"><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mi mathvariant="italic">ρ</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="false">^</mml:mo></mml:mover><mml:mo>(</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula> is valid:

              <disp-formula id="Ch1.E14" content-type="numbered"><label>14</label><mml:math id="M112" display="block"><mml:mtable rowspacing="0.2ex" class="split" displaystyle="true" columnalign="right left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mi mathvariant="italic">ρ</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="false">^</mml:mo></mml:mover><mml:mo>(</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:munderover><mml:mo movablelimits="false">⊕</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>K</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mi>K</mml:mi><mml:mo>min⁡</mml:mo></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>P</mml:mi><mml:mo>/</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:mrow></mml:munderover><mml:msub><mml:mi>g</mml:mi><mml:mi>K</mml:mi></mml:msub><mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mi mathvariant="italic">ρ</mml:mi><mml:mo stretchy="false" mathvariant="normal">^</mml:mo></mml:mover><mml:mi>K</mml:mi></mml:msub><mml:mo>(</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd/><mml:mtd><mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:munderover><mml:mo movablelimits="false">⊕</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>K</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mi>K</mml:mi><mml:mo>min⁡</mml:mo></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>P</mml:mi><mml:mo>/</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:mrow></mml:munderover><mml:munderover><mml:mo movablelimits="false">⊕</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>F</mml:mi><mml:mi>z</mml:mi></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>-</mml:mo><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>N</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>P</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo><mml:mo>/</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>K</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>N</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>P</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo><mml:mo>/</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>K</mml:mi></mml:mrow></mml:munderover><mml:msub><mml:mi>g</mml:mi><mml:mi>K</mml:mi></mml:msub><mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mi mathvariant="italic">ρ</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="false">^</mml:mo></mml:mover><mml:mrow><mml:mi>K</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>F</mml:mi><mml:mi>z</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>(</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn><mml:mo>)</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>

            where we introduced the reduced density matrices <inline-formula><mml:math id="M113" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mi mathvariant="italic">ρ</mml:mi><mml:mo stretchy="false" mathvariant="normal">^</mml:mo></mml:mover><mml:mrow><mml:mi>K</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>F</mml:mi><mml:mi>z</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula>. The dimension of the <inline-formula><mml:math id="M114" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>F</mml:mi><mml:mi>z</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> block in the Hilbert space <inline-formula><mml:math id="M115" display="inline"><mml:mi mathvariant="script">H</mml:mi></mml:math></inline-formula>, denoted as <inline-formula><mml:math id="M116" display="inline"><mml:mrow><mml:mtext>dim</mml:mtext><mml:mo>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="script">H</mml:mi><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>F</mml:mi><mml:mi>z</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, is given by

              <disp-formula id="Ch1.E15" content-type="numbered"><label>15</label><mml:math id="M117" display="block"><mml:mrow><mml:mtext>dim</mml:mtext><mml:mo>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="script">H</mml:mi><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>F</mml:mi><mml:mi>z</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:munderover><mml:mo movablelimits="false">∑</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>m</mml:mi><mml:mi>K</mml:mi></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>K</mml:mi></mml:mrow><mml:mi>K</mml:mi></mml:munderover><mml:mfenced close=")" open="("><mml:mfrac linethickness="0"><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>P</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>F</mml:mi><mml:mi>z</mml:mi></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>N</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>P</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo><mml:mo>/</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mi>m</mml:mi><mml:mi>K</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mfenced><mml:mo>.</mml:mo></mml:mrow></mml:math></disp-formula></p>
      <p id="d2e3273">Moreover, if the Hamiltonian commutes with the same symmetry operators,

              <disp-formula id="Ch1.E16" content-type="numbered"><label>16</label><mml:math id="M118" display="block"><mml:mtable rowspacing="0.2ex" class="split" displaystyle="true" columnalign="right left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:mtext>If </mml:mtext><mml:mo>[</mml:mo><mml:msup><mml:mover accent="true"><mml:mi>K</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="false">^</mml:mo></mml:mover><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msup><mml:mo>,</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mi>H</mml:mi><mml:mo stretchy="false" mathvariant="normal">^</mml:mo></mml:mover><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo><mml:mo>]</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>[</mml:mo><mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mi>F</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="false">^</mml:mo></mml:mover><mml:mi>z</mml:mi></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mi>H</mml:mi><mml:mo stretchy="false" mathvariant="normal">^</mml:mo></mml:mover><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo><mml:mo>]</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:mtext>then </mml:mtext></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:msup><mml:mover accent="true"><mml:mi>K</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="false">^</mml:mo></mml:mover><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msup><mml:mo>,</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mi mathvariant="italic">ρ</mml:mi><mml:mo stretchy="false" mathvariant="normal">^</mml:mo></mml:mover><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo><mml:mo>]</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>[</mml:mo><mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mi>F</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="false">^</mml:mo></mml:mover><mml:mi>z</mml:mi></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mi mathvariant="italic">ρ</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="false">^</mml:mo></mml:mover><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo><mml:mo>]</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn><mml:mtext> for any </mml:mtext><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>.</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>

            This means that the block-diagonal structure of the density matrix is conserved for all instants of time:

              <disp-formula id="Ch1.E17" content-type="numbered"><label>17</label><mml:math id="M119" display="block"><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mi mathvariant="italic">ρ</mml:mi><mml:mo stretchy="false" mathvariant="normal">^</mml:mo></mml:mover><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:munderover><mml:mo movablelimits="false">⊕</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>K</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mi>K</mml:mi><mml:mo>min⁡</mml:mo></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>P</mml:mi><mml:mo>/</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:mrow></mml:munderover><mml:munderover><mml:mo movablelimits="false">⊕</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>F</mml:mi><mml:mi>z</mml:mi></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>-</mml:mo><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>N</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>P</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo><mml:mo>/</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>K</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>N</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>P</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo><mml:mo>/</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>K</mml:mi></mml:mrow></mml:munderover><mml:msub><mml:mi>g</mml:mi><mml:mi>K</mml:mi></mml:msub><mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mi mathvariant="italic">ρ</mml:mi><mml:mo stretchy="false" mathvariant="normal">^</mml:mo></mml:mover><mml:mrow><mml:mi>K</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>F</mml:mi><mml:mi>z</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo><mml:mtext> for any </mml:mtext><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>.</mml:mo></mml:mrow></mml:math></disp-formula></p>
      <p id="d2e3541">The reduced density matrices <inline-formula><mml:math id="M120" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mi mathvariant="italic">ρ</mml:mi><mml:mo stretchy="false" mathvariant="normal">^</mml:mo></mml:mover><mml:mrow><mml:mi>K</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>F</mml:mi><mml:mi>z</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula> obey the LvN equation independently within each block:

              <disp-formula id="Ch1.E18" content-type="numbered"><label>18</label><mml:math id="M121" display="block"><mml:mrow><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mrow><mml:mo>∂</mml:mo><mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mi mathvariant="italic">ρ</mml:mi><mml:mo stretchy="false" mathvariant="normal">^</mml:mo></mml:mover><mml:mrow><mml:mi>K</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>F</mml:mi><mml:mi>z</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>∂</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo mathsize="1.1em">[</mml:mo><mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mi>H</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="false">^</mml:mo></mml:mover><mml:mrow><mml:mi>K</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>F</mml:mi><mml:mi>z</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mi mathvariant="italic">ρ</mml:mi><mml:mo stretchy="false" mathvariant="normal">^</mml:mo></mml:mover><mml:mrow><mml:mi>K</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>F</mml:mi><mml:mi>z</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo><mml:mo mathsize="1.1em">]</mml:mo><mml:mo>.</mml:mo></mml:mrow></mml:math></disp-formula></p>
      <p id="d2e3668">Thus, the block-diagonal decomposition reduces the computational complexity by considering smaller blocks with fixed values of <inline-formula><mml:math id="M122" display="inline"><mml:mi>K</mml:mi></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math id="M123" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>F</mml:mi><mml:mi>z</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> independently.</p>
</sec>
</sec>
<sec id="Ch1.S2.SS2">
  <label>2.2</label><title>Block-diagonal decomposition of Liouville space</title>
<sec id="Ch1.S2.SS2.SSS1">
  <label>2.2.1</label><title>Coherent spin dynamics</title>
      <p id="d2e3705">In Liouville space, an operator <inline-formula><mml:math id="M124" display="inline"><mml:mover accent="true"><mml:mi>A</mml:mi><mml:mo stretchy="false" mathvariant="normal">^</mml:mo></mml:mover></mml:math></inline-formula> from Hilbert space is mapped to a commutation superoperator <inline-formula><mml:math id="M125" display="inline"><mml:mover accent="true"><mml:mover accent="true"><mml:mi mathvariant="bold">A</mml:mi><mml:mo stretchy="true" mathvariant="normal">^</mml:mo></mml:mover><mml:mo stretchy="true" mathvariant="normal">^</mml:mo></mml:mover></mml:math></inline-formula> acting on an operator <inline-formula><mml:math id="M126" display="inline"><mml:mover accent="true"><mml:mi>O</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="false">^</mml:mo></mml:mover></mml:math></inline-formula> according to

              <disp-formula id="Ch1.E19" content-type="numbered"><label>19</label><mml:math id="M127" display="block"><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mover accent="true"><mml:mi mathvariant="bold">A</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="true">^</mml:mo></mml:mover><mml:mo stretchy="true" mathvariant="normal">^</mml:mo></mml:mover><mml:mspace width="0.125em" linebreak="nobreak"/><mml:mover accent="true"><mml:mi>O</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="false">^</mml:mo></mml:mover><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>[</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mi>A</mml:mi><mml:mo stretchy="false" mathvariant="normal">^</mml:mo></mml:mover><mml:mo>,</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mi>O</mml:mi><mml:mo stretchy="false" mathvariant="normal">^</mml:mo></mml:mover><mml:mo>]</mml:mo><mml:mo>.</mml:mo></mml:mrow></mml:math></disp-formula></p>
      <p id="d2e3780">At the same time, the density matrix in Liouville space is represented as a vector; see Fig. <xref ref-type="fig" rid="F2"/>A. Throughout this paper, operators are denoted by hatted symbols, whereas superoperators are denoted by bold double-hatted symbols. Under this mapping, the Hamiltonian <inline-formula><mml:math id="M128" display="inline"><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mi>H</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="false">^</mml:mo></mml:mover><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula> is represented by the Liouville space superoperator <inline-formula><mml:math id="M129" display="inline"><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mover accent="true"><mml:mi mathvariant="bold">H</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="true">^</mml:mo></mml:mover><mml:mo stretchy="true" mathvariant="normal">^</mml:mo></mml:mover><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, and similarly, the effective-spin operator <inline-formula><mml:math id="M130" display="inline"><mml:mrow><mml:msup><mml:mover accent="true"><mml:mi>K</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="false">^</mml:mo></mml:mover><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msup></mml:mrow></mml:math></inline-formula> is mapped to the superoperator <inline-formula><mml:math id="M131" display="inline"><mml:mrow><mml:msup><mml:mover accent="true"><mml:mover accent="true"><mml:mi mathvariant="bold">K</mml:mi><mml:mo stretchy="true" mathvariant="normal">^</mml:mo></mml:mover><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="true">^</mml:mo></mml:mover><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msup></mml:mrow></mml:math></inline-formula>. In Liouville space, the coherent spin dynamics is described by the LvN equation:

              <disp-formula id="Ch1.E20" content-type="numbered"><label>20</label><mml:math id="M132" display="block"><mml:mrow><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mrow><mml:mo>∂</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mi mathvariant="italic">ρ</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="false">^</mml:mo></mml:mover><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>∂</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>i</mml:mi><mml:mover accent="true"><mml:mover accent="true"><mml:mi mathvariant="bold">H</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="true">^</mml:mo></mml:mover><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="true">^</mml:mo></mml:mover><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo><mml:mspace linebreak="nobreak" width="0.125em"/><mml:mover accent="true"><mml:mi mathvariant="italic">ρ</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="false">^</mml:mo></mml:mover><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo><mml:mo>.</mml:mo></mml:mrow></mml:math></disp-formula>

            If the initial density matrix commutes with the effective-spin operator <inline-formula><mml:math id="M133" display="inline"><mml:mrow><mml:msup><mml:mover accent="true"><mml:mi>K</mml:mi><mml:mo stretchy="false" mathvariant="normal">^</mml:mo></mml:mover><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msup></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, i.e.,

              <disp-formula id="Ch1.E21" content-type="numbered"><label>21</label><mml:math id="M134" display="block"><mml:mrow><mml:mtext>If </mml:mtext><mml:mo>[</mml:mo><mml:msup><mml:mover accent="true"><mml:mi>K</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="false">^</mml:mo></mml:mover><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msup><mml:mo>,</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mi mathvariant="italic">ρ</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="false">^</mml:mo></mml:mover><mml:mo>(</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn><mml:mo>)</mml:mo><mml:mo>]</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mtext> then </mml:mtext><mml:msup><mml:mover accent="true"><mml:mover accent="true"><mml:mi mathvariant="bold">K</mml:mi><mml:mo stretchy="true" mathvariant="normal">^</mml:mo></mml:mover><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="true">^</mml:mo></mml:mover><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msup><mml:mspace linebreak="nobreak" width="0.125em"/><mml:mover accent="true"><mml:mi mathvariant="italic">ρ</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="false">^</mml:mo></mml:mover><mml:mo>(</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn><mml:mo>)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn><mml:mo>.</mml:mo></mml:mrow></mml:math></disp-formula>

            Moreover, Liouville space conserves commutation relations so that

              <disp-formula id="Ch1.E22" content-type="numbered"><label>22</label><mml:math id="M135" display="block"><mml:mrow><mml:mtext>If </mml:mtext><mml:mo>[</mml:mo><mml:msup><mml:mover accent="true"><mml:mi>K</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="false">^</mml:mo></mml:mover><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msup><mml:mo>,</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mi>H</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="false">^</mml:mo></mml:mover><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo><mml:mo>]</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mtext> then </mml:mtext><mml:mo mathsize="1.5em">[</mml:mo><mml:msup><mml:mover accent="true"><mml:mover accent="true"><mml:mi mathvariant="bold">K</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="true">^</mml:mo></mml:mover><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="true">^</mml:mo></mml:mover><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msup><mml:mo>,</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mover accent="true"><mml:mi mathvariant="bold">H</mml:mi><mml:mo stretchy="true" mathvariant="normal">^</mml:mo></mml:mover><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="true">^</mml:mo></mml:mover><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo><mml:mo mathsize="1.5em">]</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn><mml:mo>.</mml:mo></mml:mrow></mml:math></disp-formula>

            Consequently, the block-diagonal structure of the density matrix is conserved during the evolution

              <disp-formula id="Ch1.E23" content-type="numbered"><label>23</label><mml:math id="M136" display="block"><mml:mrow><mml:mtext>so that </mml:mtext><mml:msup><mml:mover accent="true"><mml:mover accent="true"><mml:mi mathvariant="bold">K</mml:mi><mml:mo stretchy="true" mathvariant="normal">^</mml:mo></mml:mover><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="true">^</mml:mo></mml:mover><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msup><mml:mspace linebreak="nobreak" width="0.125em"/><mml:mover accent="true"><mml:mi mathvariant="italic">ρ</mml:mi><mml:mo stretchy="false" mathvariant="normal">^</mml:mo></mml:mover><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mtext> meaning </mml:mtext><mml:mo>[</mml:mo><mml:msup><mml:mover accent="true"><mml:mi>K</mml:mi><mml:mo stretchy="false" mathvariant="normal">^</mml:mo></mml:mover><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msup><mml:mo>,</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mi mathvariant="italic">ρ</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="false">^</mml:mo></mml:mover><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo><mml:mo>]</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn><mml:mo>.</mml:mo></mml:mrow></mml:math></disp-formula>

            Therefore, the blocks corresponding to different total spin values <inline-formula><mml:math id="M137" display="inline"><mml:mi>K</mml:mi></mml:math></inline-formula> remain uncoupled. Analogous to the Hilbert space treatment, in Liouville space we can also treat the group <inline-formula><mml:math id="M138" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>G</mml:mi><mml:mi>P</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> of <inline-formula><mml:math id="M139" display="inline"><mml:mi>P</mml:mi></mml:math></inline-formula> magnetically equivalent nuclear spins as a pseudo-nucleus with total spin <inline-formula><mml:math id="M140" display="inline"><mml:mrow><mml:mi>K</mml:mi><mml:mo>∈</mml:mo><mml:mfenced open="{" close="}"><mml:mrow><mml:mstyle displaystyle="false"><mml:mfrac style="text"><mml:mi>P</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mo>,</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="false"><mml:mfrac style="text"><mml:mi>P</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">…</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>K</mml:mi><mml:mo>min⁡</mml:mo></mml:msub></mml:mrow></mml:mfenced><mml:mo>.</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula></p>

      <fig id="F2" specific-use="star"><label>Figure 2</label><caption><p id="d2e4222">Schematic illustration of the zero-quantum coherence (ZQC) reduction in Liouville space. <bold>(A)</bold> Transformation of the density matrix <inline-formula><mml:math id="M141" display="inline"><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mi mathvariant="italic">ρ</mml:mi><mml:mo stretchy="false" mathvariant="normal">^</mml:mo></mml:mover><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula> from Hilbert space to Liouville space. <bold>(B)</bold> Decomposition of the Hamiltonian and the relaxation superoperators according to the coherence order, i.e., the eigenvalues of <inline-formula><mml:math id="M142" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mover accent="true"><mml:mi mathvariant="bold">F</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="true">^</mml:mo></mml:mover><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="true">^</mml:mo></mml:mover><mml:mi>z</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula>: <inline-formula><mml:math id="M143" display="inline"><mml:mo>+</mml:mo></mml:math></inline-formula>2 (double-quantum coherence, <inline-formula><mml:math id="M144" display="inline"><mml:mo>+</mml:mo></mml:math></inline-formula>DQC), <inline-formula><mml:math id="M145" display="inline"><mml:mo>+</mml:mo></mml:math></inline-formula>1 (single-quantum coherence, <inline-formula><mml:math id="M146" display="inline"><mml:mo>+</mml:mo></mml:math></inline-formula>SQC), 0 (zero-quantum coherence, ZQC), and the corresponding negative coherence orders. <bold>(C)</bold> The initial state of the system is assumed to satisfy <inline-formula><mml:math id="M147" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mover accent="true"><mml:mi mathvariant="bold">F</mml:mi><mml:mo stretchy="true" mathvariant="normal">^</mml:mo></mml:mover><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="true">^</mml:mo></mml:mover><mml:mi>z</mml:mi></mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mi mathvariant="italic">ρ</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="false">^</mml:mo></mml:mover><mml:mo>(</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn><mml:mo>)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula> so that only ZQC operators are initially populated. <bold>(D)</bold> Only the ZQC subspace is relevant for spin evolution under the total Liouvillian <inline-formula><mml:math id="M148" display="inline"><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mover accent="true"><mml:mi mathvariant="bold">L</mml:mi><mml:mo stretchy="true" mathvariant="normal">^</mml:mo></mml:mover><mml:mo stretchy="true" mathvariant="normal">^</mml:mo></mml:mover><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>i</mml:mi><mml:mover accent="true"><mml:mover accent="true"><mml:mi mathvariant="bold">H</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="true">^</mml:mo></mml:mover><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="true">^</mml:mo></mml:mover><mml:mo>+</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mover accent="true"><mml:mi mathvariant="bold">Γ</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="true">^</mml:mo></mml:mover><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="true">^</mml:mo></mml:mover></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, implying that <inline-formula><mml:math id="M149" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mover accent="true"><mml:mi mathvariant="bold">F</mml:mi><mml:mo stretchy="true" mathvariant="normal">^</mml:mo></mml:mover><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="true">^</mml:mo></mml:mover><mml:mi>z</mml:mi></mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mi mathvariant="italic">ρ</mml:mi><mml:mo stretchy="false" mathvariant="normal">^</mml:mo></mml:mover><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, and <inline-formula><mml:math id="M150" display="inline"><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mi mathvariant="italic">ρ</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="false">^</mml:mo></mml:mover><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula> has no components outside the ZQC subspace. Consequently, all other coherence order subspaces can be omitted without affecting the spin dynamics.</p></caption>
            <graphic xlink:href="https://mr.copernicus.org/articles/7/53/2026/mr-7-53-2026-f02.png"/>

          </fig>

      <p id="d2e4427">Consequently, the dynamics can be considered independently for each <inline-formula><mml:math id="M151" display="inline"><mml:mi>K</mml:mi></mml:math></inline-formula> subspace, and the expectation value of an observable is obtained by averaging over the blocks according to Eqs. (<xref ref-type="disp-formula" rid="Ch1.E8"/>) and (<xref ref-type="disp-formula" rid="Ch1.E9"/>), as in Hilbert space. The time evolution of the reduced density matrix <inline-formula><mml:math id="M152" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mi mathvariant="italic">ρ</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="false">^</mml:mo></mml:mover><mml:mi>K</mml:mi></mml:msub><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula> in Liouville space is then given by

              <disp-formula id="Ch1.E24" content-type="numbered"><label>24</label><mml:math id="M153" display="block"><mml:mrow><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mrow><mml:mo>∂</mml:mo><mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mi mathvariant="italic">ρ</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="false">^</mml:mo></mml:mover><mml:mi>K</mml:mi></mml:msub><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>∂</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>i</mml:mi><mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mover accent="true"><mml:mi mathvariant="bold">H</mml:mi><mml:mo stretchy="true" mathvariant="normal">^</mml:mo></mml:mover><mml:mo stretchy="true" mathvariant="normal">^</mml:mo></mml:mover><mml:mi>K</mml:mi></mml:msub><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo><mml:mspace linebreak="nobreak" width="0.125em"/><mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mi mathvariant="italic">ρ</mml:mi><mml:mo stretchy="false" mathvariant="normal">^</mml:mo></mml:mover><mml:mi>K</mml:mi></mml:msub><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo></mml:mrow></mml:math></disp-formula>

            where we introduced the Hamiltonian superoperator reduced onto the <inline-formula><mml:math id="M154" display="inline"><mml:mi>K</mml:mi></mml:math></inline-formula> subspace as <inline-formula><mml:math id="M155" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mover accent="true"><mml:mi mathvariant="bold">H</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="true">^</mml:mo></mml:mover><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="true">^</mml:mo></mml:mover><mml:mi>K</mml:mi></mml:msub><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo><mml:mspace width="0.125em" linebreak="nobreak"/><mml:mo>•</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>[</mml:mo><mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mi>H</mml:mi><mml:mo stretchy="false" mathvariant="normal">^</mml:mo></mml:mover><mml:mi>K</mml:mi></mml:msub><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo><mml:mo>•</mml:mo><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, and the density matrix is normalized as <inline-formula><mml:math id="M156" display="inline"><mml:mrow><mml:mtext>Tr</mml:mtext><mml:mo mathvariant="italic">{</mml:mo><mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mi mathvariant="italic">ρ</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="false">^</mml:mo></mml:mover><mml:mi>K</mml:mi></mml:msub><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo><mml:mo mathvariant="italic">}</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula>.</p>
      <p id="d2e4621">The symmetry associated with <inline-formula><mml:math id="M157" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mi>F</mml:mi><mml:mo stretchy="false" mathvariant="normal">^</mml:mo></mml:mover><mml:mi>z</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> in Hilbert space, see Eq. (<xref ref-type="disp-formula" rid="Ch1.E11"/>), is directly inherited in Liouville space. To analyze this, the operator <inline-formula><mml:math id="M158" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mi>F</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="false">^</mml:mo></mml:mover><mml:mi>z</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> is mapped to the corresponding superoperator <inline-formula><mml:math id="M159" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mover accent="true"><mml:mi mathvariant="bold">F</mml:mi><mml:mo stretchy="true" mathvariant="normal">^</mml:mo></mml:mover><mml:mo stretchy="true" mathvariant="normal">^</mml:mo></mml:mover><mml:mi>z</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> using Eq. (<xref ref-type="disp-formula" rid="Ch1.E19"/>). The eigenvalues of <inline-formula><mml:math id="M160" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mover accent="true"><mml:mi mathvariant="bold">F</mml:mi><mml:mo stretchy="true" mathvariant="normal">^</mml:mo></mml:mover><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="true">^</mml:mo></mml:mover><mml:mi>z</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> are commonly referred to as the <italic>coherence orders</italic>, which are well-known in standard high-field NMR; see Appendix <xref ref-type="sec" rid="App1.Ch1.S1"/> for details. A key property of the Liouville space evolution of Eq. (<xref ref-type="disp-formula" rid="Ch1.E24"/>) is

              <disp-formula id="Ch1.E25" content-type="numbered"><label>25</label><mml:math id="M161" display="block"><mml:mtable rowspacing="0.2ex" class="split" displaystyle="true" columnalign="right left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:mtext>If </mml:mtext><mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mover accent="true"><mml:mi mathvariant="bold">F</mml:mi><mml:mo stretchy="true" mathvariant="normal">^</mml:mo></mml:mover><mml:mo stretchy="true" mathvariant="normal">^</mml:mo></mml:mover><mml:mi>z</mml:mi></mml:msub><mml:mspace width="0.125em" linebreak="nobreak"/><mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mi mathvariant="italic">ρ</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="false">^</mml:mo></mml:mover><mml:mi>K</mml:mi></mml:msub><mml:mo>(</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn><mml:mtext> and </mml:mtext><mml:mo mathsize="1.5em">[</mml:mo><mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mover accent="true"><mml:mi mathvariant="bold">F</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="true">^</mml:mo></mml:mover><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="true">^</mml:mo></mml:mover><mml:mi>z</mml:mi></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mover accent="true"><mml:mi mathvariant="bold">H</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="true">^</mml:mo></mml:mover><mml:mo stretchy="true" mathvariant="normal">^</mml:mo></mml:mover><mml:mi>K</mml:mi></mml:msub><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo><mml:mo mathsize="1.5em">]</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd/><mml:mtd><mml:mrow><mml:mtext>then </mml:mtext><mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mover accent="true"><mml:mi mathvariant="bold">F</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="true">^</mml:mo></mml:mover><mml:mo stretchy="true" mathvariant="normal">^</mml:mo></mml:mover><mml:mi>z</mml:mi></mml:msub><mml:mspace width="0.125em" linebreak="nobreak"/><mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mi mathvariant="italic">ρ</mml:mi><mml:mo stretchy="false" mathvariant="normal">^</mml:mo></mml:mover><mml:mi>K</mml:mi></mml:msub><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn><mml:mtext> for any </mml:mtext><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>.</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula></p>
      <p id="d2e4826">Equation (<xref ref-type="disp-formula" rid="Ch1.E25"/>) is schematically illustrated in Fig. <xref ref-type="fig" rid="F2"/>B–D. In other words, the coherent dynamics in Liouville space conserves evolution strictly within the subspace of zero eigenvalue of <inline-formula><mml:math id="M162" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mover accent="true"><mml:mi mathvariant="bold">F</mml:mi><mml:mo stretchy="true" mathvariant="normal">^</mml:mo></mml:mover><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="true">^</mml:mo></mml:mover><mml:mi>z</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, i.e., the zero-quantum coherence (ZQC) block. The ZQC subspace is spanned by operators of the following form, as discussed in Appendix <xref ref-type="sec" rid="App1.Ch1.S1"/>:

              <disp-formula id="Ch1.E26" content-type="numbered"><label>26</label><mml:math id="M163" display="block"><mml:mrow><mml:mtext>ZQC</mml:mtext><mml:mo>=</mml:mo><mml:mtext>span</mml:mtext><mml:mo mathvariant="italic" mathsize="1.1em">{</mml:mo><mml:mo>|</mml:mo><mml:msub><mml:mi>F</mml:mi><mml:mi>z</mml:mi></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">ξ</mml:mi><mml:mo>〉</mml:mo><mml:mo>〈</mml:mo><mml:msub><mml:mi>F</mml:mi><mml:mi>z</mml:mi></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">λ</mml:mi><mml:mo>|</mml:mo><mml:mo mathsize="1.1em" mathvariant="italic">}</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo></mml:mrow></mml:math></disp-formula>

            with <inline-formula><mml:math id="M164" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>F</mml:mi><mml:mi>z</mml:mi></mml:msub><mml:mo>∈</mml:mo><mml:mfenced open="{" close="}"><mml:mrow><mml:mstyle displaystyle="false"><mml:mfrac style="text"><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>P</mml:mi></mml:mrow><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>K</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="false"><mml:mfrac style="text"><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>P</mml:mi></mml:mrow><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>K</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">…</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mo>-</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="false"><mml:mfrac style="text"><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>P</mml:mi></mml:mrow><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>K</mml:mi></mml:mrow></mml:mfenced></mml:mrow></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math id="M165" display="inline"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">ξ</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">λ</mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> run over all possible magnetic quantum numbers of the individual nuclear spins for a given value of the <inline-formula><mml:math id="M166" display="inline"><mml:mi>z</mml:mi></mml:math></inline-formula> projection of total spin <inline-formula><mml:math id="M167" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>F</mml:mi><mml:mi>z</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula>.</p>
      <p id="d2e5003">The coherent evolution within the ZQC block is then governed by the standard LvN equation; see Eq. (<xref ref-type="disp-formula" rid="Ch1.E24"/>):

              <disp-formula id="Ch1.E27" content-type="numbered"><label>27</label><mml:math id="M168" display="block"><mml:mrow><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mrow><mml:mo>∂</mml:mo><mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mi mathvariant="italic">ρ</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="false">^</mml:mo></mml:mover><mml:mi>K</mml:mi></mml:msub><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>∂</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>i</mml:mi><mml:msubsup><mml:mover accent="true"><mml:mover accent="true"><mml:mi mathvariant="bold">H</mml:mi><mml:mo stretchy="true" mathvariant="normal">^</mml:mo></mml:mover><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="true">^</mml:mo></mml:mover><mml:mi>K</mml:mi><mml:mtext>ZQC</mml:mtext></mml:msubsup><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo><mml:mspace linebreak="nobreak" width="0.125em"/><mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mi mathvariant="italic">ρ</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="false">^</mml:mo></mml:mover><mml:mi>K</mml:mi></mml:msub><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo></mml:mrow></mml:math></disp-formula>

            where the dynamics is restricted to the ZQC subspace, as illustrated in Fig. <xref ref-type="fig" rid="F2"/>D. Here, we also introduced <inline-formula><mml:math id="M169" display="inline"><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mover accent="true"><mml:mover accent="true"><mml:mi mathvariant="bold">H</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="true">^</mml:mo></mml:mover><mml:mo stretchy="true" mathvariant="normal">^</mml:mo></mml:mover><mml:mi>K</mml:mi><mml:mtext>ZQC</mml:mtext></mml:msubsup><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula> as the Hamiltonian superoperator projected onto the ZQC subspace. The subscript ZQC of the density matrix is omitted since <inline-formula><mml:math id="M170" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mi mathvariant="italic">ρ</mml:mi><mml:mo stretchy="false" mathvariant="normal">^</mml:mo></mml:mover><mml:mi>K</mml:mi></mml:msub><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo><mml:mo>≡</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula> outside the ZQC subspace; see Fig. <xref ref-type="fig" rid="F2"/>D.</p>
      <p id="d2e5135">We also emphasize that the consideration of the ZQC subspace drastically reduces the dimensionality of the problem. The full Liouville space has a dimension of <inline-formula><mml:math id="M171" display="inline"><mml:mrow><mml:msup><mml:mn mathvariant="normal">4</mml:mn><mml:mi>N</mml:mi></mml:msup></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, whereas the ZQC subspace with the effective-spin reduction has a smaller dimension:

              <disp-formula id="Ch1.E28" content-type="numbered"><label>28</label><mml:math id="M172" display="block"><mml:mtable class="split" rowspacing="0.2ex" displaystyle="true" columnalign="right left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:mtext>dim</mml:mtext></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mtext>ZQC</mml:mtext><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd/><mml:mtd><mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:munderover><mml:mo movablelimits="false">∑</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>F</mml:mi><mml:mi>z</mml:mi></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>-</mml:mo><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>N</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>P</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo><mml:mo>/</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>K</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>N</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>P</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo><mml:mo>/</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>K</mml:mi></mml:mrow></mml:munderover><mml:msup><mml:mfenced close="}" open="{"><mml:mrow><mml:mtext>dim</mml:mtext><mml:mo>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="script">H</mml:mi><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>F</mml:mi><mml:mi>z</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mfenced><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msup></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd/><mml:mtd><mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:munderover><mml:mo movablelimits="false">∑</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>F</mml:mi><mml:mi>z</mml:mi></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>-</mml:mo><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>N</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>P</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo><mml:mo>/</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>K</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>N</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>P</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo><mml:mo>/</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>K</mml:mi></mml:mrow></mml:munderover><mml:msup><mml:mfenced close="}" open="{"><mml:mrow><mml:munderover><mml:mo movablelimits="false">∑</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>m</mml:mi><mml:mi>K</mml:mi></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>K</mml:mi></mml:mrow><mml:mi>K</mml:mi></mml:munderover><mml:mfenced open="(" close=")"><mml:mfrac linethickness="0"><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>P</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>F</mml:mi><mml:mi>z</mml:mi></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>N</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>P</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo><mml:mo>/</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mi>m</mml:mi><mml:mi>K</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mfenced></mml:mrow></mml:mfenced><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msup></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd/><mml:mtd><mml:mrow><mml:mo>&lt;</mml:mo><mml:msup><mml:mn mathvariant="normal">4</mml:mn><mml:mi>N</mml:mi></mml:msup><mml:mo>,</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>

            where Eq. (<xref ref-type="disp-formula" rid="Ch1.E15"/>) was used to calculate <inline-formula><mml:math id="M173" display="inline"><mml:mrow><mml:mtext>dim</mml:mtext><mml:mo>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="script">H</mml:mi><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>F</mml:mi><mml:mi>z</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula>. This restriction to the ZQC subspace allows efficient treatment of spin dynamics by working with a smaller independent block rather than the full Liouville space.</p>
</sec>
<sec id="Ch1.S2.SS2.SSS2">
  <label>2.2.2</label><title>Relaxational spin dynamics</title>
      <p id="d2e5409">Relaxational spin dynamics is described within the Redfield formalism, which leads to the following equation of motion for the density matrix <inline-formula><mml:math id="M174" display="inline"><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mi mathvariant="italic">ρ</mml:mi><mml:mo stretchy="false" mathvariant="normal">^</mml:mo></mml:mover><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula>:

              <disp-formula id="Ch1.E29" content-type="numbered"><label>29</label><mml:math id="M175" display="block"><mml:mrow><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mrow><mml:mo>∂</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mi mathvariant="italic">ρ</mml:mi><mml:mo stretchy="false" mathvariant="normal">^</mml:mo></mml:mover><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>∂</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo mathsize="1.1em">(</mml:mo><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>i</mml:mi><mml:mspace linebreak="nobreak" width="0.125em"/><mml:mover accent="true"><mml:mover accent="true"><mml:mi mathvariant="bold">H</mml:mi><mml:mo stretchy="true" mathvariant="normal">^</mml:mo></mml:mover><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="true">^</mml:mo></mml:mover><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo><mml:mo>+</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mover accent="true"><mml:mi mathvariant="bold">Γ</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="true">^</mml:mo></mml:mover><mml:mo stretchy="true" mathvariant="normal">^</mml:mo></mml:mover><mml:mo mathsize="1.1em">)</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mi mathvariant="italic">ρ</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="false">^</mml:mo></mml:mover><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mover accent="true"><mml:mi mathvariant="bold">L</mml:mi><mml:mo stretchy="true" mathvariant="normal">^</mml:mo></mml:mover><mml:mo stretchy="true" mathvariant="normal">^</mml:mo></mml:mover><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo><mml:mspace width="0.125em" linebreak="nobreak"/><mml:mover accent="true"><mml:mi mathvariant="italic">ρ</mml:mi><mml:mo stretchy="false" mathvariant="normal">^</mml:mo></mml:mover><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo></mml:mrow></mml:math></disp-formula>

            where <inline-formula><mml:math id="M176" display="inline"><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mover accent="true"><mml:mi mathvariant="bold">H</mml:mi><mml:mo stretchy="true" mathvariant="normal">^</mml:mo></mml:mover><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="true">^</mml:mo></mml:mover><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula> is the coherent Hamiltonian superoperator, <inline-formula><mml:math id="M177" display="inline"><mml:mover accent="true"><mml:mover accent="true"><mml:mi mathvariant="bold">Γ</mml:mi><mml:mo stretchy="true" mathvariant="normal">^</mml:mo></mml:mover><mml:mo stretchy="true" mathvariant="normal">^</mml:mo></mml:mover></mml:math></inline-formula> is the relaxational superoperator describing stochastically modulated dynamics, and <inline-formula><mml:math id="M178" display="inline"><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mover accent="true"><mml:mi mathvariant="bold">L</mml:mi><mml:mo stretchy="true" mathvariant="normal">^</mml:mo></mml:mover><mml:mo stretchy="true" mathvariant="normal">^</mml:mo></mml:mover><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>i</mml:mi><mml:mspace linebreak="nobreak" width="0.125em"/><mml:mover accent="true"><mml:mover accent="true"><mml:mi mathvariant="bold">H</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="true">^</mml:mo></mml:mover><mml:mo stretchy="true" mathvariant="normal">^</mml:mo></mml:mover><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo><mml:mo>+</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mover accent="true"><mml:mi mathvariant="bold">Γ</mml:mi><mml:mo stretchy="true" mathvariant="normal">^</mml:mo></mml:mover><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="true">^</mml:mo></mml:mover></mml:mrow></mml:math></inline-formula> is the total Liouvillian. In this work, we used the random fluctuating field (RFF) mechanism in the fast-motion limit, also known as the extreme narrowing regime. Within this approximation, the relaxation superoperator takes the following form <xref ref-type="bibr" rid="bib1.bibx68" id="paren.23"/>:

              <disp-formula id="Ch1.E30" content-type="numbered"><label>30</label><mml:math id="M179" display="block"><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mover accent="true"><mml:mi mathvariant="bold">Γ</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="true">^</mml:mo></mml:mover><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="true">^</mml:mo></mml:mover><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>-</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:munderover><mml:mo movablelimits="false">∑</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>l</mml:mi></mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:munderover><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mrow><mml:msup><mml:mi>C</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mi>l</mml:mi></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:msqrt><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi>T</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mi>n</mml:mi></mml:msubsup><mml:msubsup><mml:mi>T</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mi>l</mml:mi></mml:msubsup></mml:mrow></mml:msqrt></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:munderover><mml:mo movablelimits="false">∑</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>m</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:mrow><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:munderover><mml:mo>(</mml:mo><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:msup><mml:mo>)</mml:mo><mml:mi>m</mml:mi></mml:msup><mml:msubsup><mml:mover accent="true"><mml:mover accent="true"><mml:mi mathvariant="bold">T</mml:mi><mml:mo stretchy="true" mathvariant="normal">^</mml:mo></mml:mover><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="true">^</mml:mo></mml:mover><mml:mrow><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>m</mml:mi></mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:msubsup><mml:mspace linebreak="nobreak" width="0.125em"/><mml:msubsup><mml:mover accent="true"><mml:mover accent="true"><mml:mi mathvariant="bold">T</mml:mi><mml:mo stretchy="true" mathvariant="normal">^</mml:mo></mml:mover><mml:mo stretchy="true" mathvariant="normal">^</mml:mo></mml:mover><mml:mrow><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>m</mml:mi></mml:mrow><mml:mi>l</mml:mi></mml:msubsup><mml:mo>,</mml:mo></mml:mrow></mml:math></disp-formula>

            where we assumed that the local fields are isotropic and introduced the following quantities: <inline-formula><mml:math id="M180" display="inline"><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi>T</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mi>n</mml:mi></mml:msubsup></mml:mrow></mml:math></inline-formula> is the longitudinal <inline-formula><mml:math id="M181" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>T</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula>-relaxation time of the nucleus <inline-formula><mml:math id="M182" display="inline"><mml:mi>n</mml:mi></mml:math></inline-formula>, <inline-formula><mml:math id="M183" display="inline"><mml:mrow><mml:msup><mml:mi>C</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mi>l</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>∈</mml:mo><mml:mo>[</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula> is a correlation constant between the local fluctuating magnetic fields at the spatial positions of nuclear spins <inline-formula><mml:math id="M184" display="inline"><mml:mi>n</mml:mi></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math id="M185" display="inline"><mml:mi>l</mml:mi></mml:math></inline-formula> <xref ref-type="bibr" rid="bib1.bibx26" id="paren.24"/>, and <inline-formula><mml:math id="M186" display="inline"><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mover accent="true"><mml:mover accent="true"><mml:mi mathvariant="bold">T</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="true">^</mml:mo></mml:mover><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="true">^</mml:mo></mml:mover><mml:mrow><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>m</mml:mi></mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:msubsup><mml:mspace width="0.125em" linebreak="nobreak"/><mml:mo mathvariant="bold">•</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>[</mml:mo><mml:msubsup><mml:mover accent="true"><mml:mi>T</mml:mi><mml:mo stretchy="false" mathvariant="normal">^</mml:mo></mml:mover><mml:mrow><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>m</mml:mi></mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:msubsup><mml:mo>,</mml:mo><mml:mo mathvariant="bold">•</mml:mo><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula> is the rank-1 irreducible spherical superoperator acting on nucleus <inline-formula><mml:math id="M187" display="inline"><mml:mi>n</mml:mi></mml:math></inline-formula>. The corresponding spherical tensor operators are defined as

              <disp-formula id="Ch1.E31" content-type="numbered"><label>31</label><mml:math id="M188" display="block"><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mover accent="true"><mml:mi>T</mml:mi><mml:mo stretchy="false" mathvariant="normal">^</mml:mo></mml:mover><mml:mrow><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:msubsup><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>-</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mover accent="true"><mml:mi>I</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="false">^</mml:mo></mml:mover><mml:mi>x</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi></mml:msubsup><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>i</mml:mi><mml:msubsup><mml:mover accent="true"><mml:mi>I</mml:mi><mml:mo stretchy="false" mathvariant="normal">^</mml:mo></mml:mover><mml:mi>y</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi></mml:msubsup></mml:mrow><mml:msqrt><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msqrt></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mo>,</mml:mo><mml:msubsup><mml:mover accent="true"><mml:mi>T</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="false">^</mml:mo></mml:mover><mml:mrow><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn></mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:msubsup><mml:mo>=</mml:mo><mml:msubsup><mml:mover accent="true"><mml:mi>I</mml:mi><mml:mo stretchy="false" mathvariant="normal">^</mml:mo></mml:mover><mml:mi>z</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi></mml:msubsup><mml:mo>,</mml:mo><mml:msubsup><mml:mover accent="true"><mml:mi>T</mml:mi><mml:mo stretchy="false" mathvariant="normal">^</mml:mo></mml:mover><mml:mrow><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:msubsup><mml:mo>=</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mover accent="true"><mml:mi>I</mml:mi><mml:mo stretchy="false" mathvariant="normal">^</mml:mo></mml:mover><mml:mi>x</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi></mml:msubsup><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>i</mml:mi><mml:msubsup><mml:mover accent="true"><mml:mi>I</mml:mi><mml:mo stretchy="false" mathvariant="normal">^</mml:mo></mml:mover><mml:mi>y</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi></mml:msubsup></mml:mrow><mml:msqrt><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msqrt></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mo>.</mml:mo></mml:mrow></mml:math></disp-formula></p>
      <p id="d2e6026">For the spin systems containing a group <inline-formula><mml:math id="M189" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>G</mml:mi><mml:mi>P</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> of <inline-formula><mml:math id="M190" display="inline"><mml:mi>P</mml:mi></mml:math></inline-formula> magnetically equivalent nuclei (e.g. <inline-formula><mml:math id="M191" display="inline"><mml:mrow class="chem"><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">CH</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> or <inline-formula><mml:math id="M192" display="inline"><mml:mrow class="chem"><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">CH</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">3</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> groups), Eq. (<xref ref-type="disp-formula" rid="Ch1.E30"/>) can be rewritten in a more convenient form by separating contributions from equivalent and non-equivalent spins:

              <disp-formula id="Ch1.E32" content-type="numbered"><label>32</label><mml:math id="M193" display="block"><mml:mtable class="split" rowspacing="0.2ex" displaystyle="true" columnalign="right left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mover accent="true"><mml:mi mathvariant="bold">Γ</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="true">^</mml:mo></mml:mover><mml:mo stretchy="true" mathvariant="normal">^</mml:mo></mml:mover></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>-</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:munder><mml:mo movablelimits="false">∑</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>∉</mml:mo><mml:msub><mml:mi>G</mml:mi><mml:mi>P</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:munder><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi>T</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mi>n</mml:mi></mml:msubsup></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:munderover><mml:mo movablelimits="false">∑</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>m</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:mrow><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:munderover><mml:mo>(</mml:mo><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:msup><mml:mo>)</mml:mo><mml:mi>m</mml:mi></mml:msup><mml:mspace width="0.125em" linebreak="nobreak"/><mml:msubsup><mml:mover accent="true"><mml:mover accent="true"><mml:mi mathvariant="bold">T</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="true">^</mml:mo></mml:mover><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="true">^</mml:mo></mml:mover><mml:mrow><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>m</mml:mi></mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:msubsup><mml:mspace linebreak="nobreak" width="0.125em"/><mml:msubsup><mml:mover accent="true"><mml:mover accent="true"><mml:mi mathvariant="bold">T</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="true">^</mml:mo></mml:mover><mml:mo stretchy="true" mathvariant="normal">^</mml:mo></mml:mover><mml:mrow><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>m</mml:mi></mml:mrow><mml:mi>l</mml:mi></mml:msubsup></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd/><mml:mtd><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mrow><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn><mml:msubsup><mml:mi>T</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mi>P</mml:mi></mml:msubsup></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:munder><mml:mo movablelimits="false">∑</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>l</mml:mi><mml:mo>∈</mml:mo><mml:msub><mml:mi>G</mml:mi><mml:mi>P</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:munder><mml:munderover><mml:mo movablelimits="false">∑</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>m</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:mrow><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:munderover><mml:mo>(</mml:mo><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:msup><mml:mo>)</mml:mo><mml:mi>m</mml:mi></mml:msup><mml:mspace width="0.125em" linebreak="nobreak"/><mml:msubsup><mml:mover accent="true"><mml:mover accent="true"><mml:mi mathvariant="bold">T</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="true">^</mml:mo></mml:mover><mml:mo stretchy="true" mathvariant="normal">^</mml:mo></mml:mover><mml:mrow><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>m</mml:mi></mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:msubsup><mml:mspace linebreak="nobreak" width="0.125em"/><mml:msubsup><mml:mover accent="true"><mml:mover accent="true"><mml:mi mathvariant="bold">T</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="true">^</mml:mo></mml:mover><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="true">^</mml:mo></mml:mover><mml:mrow><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>m</mml:mi></mml:mrow><mml:mi>l</mml:mi></mml:msubsup><mml:mo>,</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>

            where we have explicitly accounted for the equivalence of the nuclei in  group <inline-formula><mml:math id="M194" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>G</mml:mi><mml:mi>P</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula>. Specifically, all nuclei in <inline-formula><mml:math id="M195" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>G</mml:mi><mml:mi>P</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> are assumed to have identical longitudinal relaxation times <inline-formula><mml:math id="M196" display="inline"><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi>T</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mi>P</mml:mi></mml:msubsup></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, and the local fluctuating magnetic fields at their spatial positions are taken to be fully correlated, such that <inline-formula><mml:math id="M197" display="inline"><mml:mrow><mml:msup><mml:mi>C</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mi>l</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula> for <inline-formula><mml:math id="M198" display="inline"><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>l</mml:mi><mml:mo>∈</mml:mo><mml:msub><mml:mi>G</mml:mi><mml:mi>P</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula>. All other local fields are assumed to be uncorrelated; i.e., <inline-formula><mml:math id="M199" display="inline"><mml:mrow><mml:msup><mml:mi>C</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mi>l</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula> if either <inline-formula><mml:math id="M200" display="inline"><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>∉</mml:mo><mml:msub><mml:mi>G</mml:mi><mml:mi>P</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> or <inline-formula><mml:math id="M201" display="inline"><mml:mrow><mml:mi>l</mml:mi><mml:mo>∉</mml:mo><mml:msub><mml:mi>G</mml:mi><mml:mi>P</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula>.</p>
      <p id="d2e6418">The second term in Eq. (<xref ref-type="disp-formula" rid="Ch1.E32"/>), and therefore the full relaxation superoperator <inline-formula><mml:math id="M202" display="inline"><mml:mover accent="true"><mml:mover accent="true"><mml:mi mathvariant="bold">Γ</mml:mi><mml:mo stretchy="true" mathvariant="normal">^</mml:mo></mml:mover><mml:mo stretchy="true" mathvariant="normal">^</mml:mo></mml:mover></mml:math></inline-formula>, commutes with the superoperator of the total spin of the group <inline-formula><mml:math id="M203" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>G</mml:mi><mml:mi>P</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, <inline-formula><mml:math id="M204" display="inline"><mml:mrow><mml:msup><mml:mover accent="true"><mml:mover accent="true"><mml:mi mathvariant="bold">K</mml:mi><mml:mo stretchy="true" mathvariant="normal">^</mml:mo></mml:mover><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="true">^</mml:mo></mml:mover><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msup></mml:mrow></mml:math></inline-formula>. This follows from the identity

              <disp-formula id="Ch1.E33" content-type="numbered"><label>33</label><mml:math id="M205" display="block"><mml:mrow><mml:munder><mml:mo movablelimits="false">∑</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>l</mml:mi><mml:mo>∈</mml:mo><mml:msub><mml:mi>G</mml:mi><mml:mi>P</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:munder><mml:munderover><mml:mo movablelimits="false">∑</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>m</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:mrow><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:munderover><mml:mo>(</mml:mo><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:msup><mml:mo>)</mml:mo><mml:mi>m</mml:mi></mml:msup><mml:mspace width="0.125em" linebreak="nobreak"/><mml:msubsup><mml:mover accent="true"><mml:mover accent="true"><mml:mi mathvariant="bold">T</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="true">^</mml:mo></mml:mover><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="true">^</mml:mo></mml:mover><mml:mrow><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>m</mml:mi></mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:msubsup><mml:mspace linebreak="nobreak" width="0.125em"/><mml:msubsup><mml:mover accent="true"><mml:mover accent="true"><mml:mi mathvariant="bold">T</mml:mi><mml:mo stretchy="true" mathvariant="normal">^</mml:mo></mml:mover><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="true">^</mml:mo></mml:mover><mml:mrow><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>m</mml:mi></mml:mrow><mml:mi>l</mml:mi></mml:msubsup><mml:mo>=</mml:mo><mml:munder><mml:mo movablelimits="false">∑</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>l</mml:mi><mml:mo>∈</mml:mo><mml:msub><mml:mi>G</mml:mi><mml:mi>P</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:munder><mml:mo mathsize="1.5em">(</mml:mo><mml:msubsup><mml:mover accent="true"><mml:mover accent="true"><mml:mi mathvariant="bold">T</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="true">^</mml:mo></mml:mover><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="true">^</mml:mo></mml:mover><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mi>n</mml:mi></mml:msubsup><mml:mo>⋅</mml:mo><mml:msubsup><mml:mover accent="true"><mml:mover accent="true"><mml:mi mathvariant="bold">T</mml:mi><mml:mo stretchy="true" mathvariant="normal">^</mml:mo></mml:mover><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="true">^</mml:mo></mml:mover><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mi>l</mml:mi></mml:msubsup><mml:mo mathsize="1.5em">)</mml:mo><mml:mspace linebreak="nobreak" width="0.125em"/><mml:mo>,</mml:mo></mml:mrow></mml:math></disp-formula>

            which represents a scalar product of rank-1 spherical superoperators in Liouville space <xref ref-type="bibr" rid="bib1.bibx79" id="paren.25"/>. This is fully analogous to the Hilbert space, where the scalar product of equivalent nuclear spins, <inline-formula><mml:math id="M206" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mo>∑</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>l</mml:mi><mml:mo>∈</mml:mo><mml:msub><mml:mi>G</mml:mi><mml:mi>P</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathsize="1.1em">(</mml:mo><mml:msup><mml:mover accent="true"><mml:mi mathvariant="bold">I</mml:mi><mml:mo stretchy="false" mathvariant="normal">^</mml:mo></mml:mover><mml:mrow><mml:mspace linebreak="nobreak" width="0.125em"/><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>⋅</mml:mo><mml:msup><mml:mover accent="true"><mml:mi mathvariant="bold">I</mml:mi><mml:mo stretchy="false" mathvariant="normal">^</mml:mo></mml:mover><mml:mrow><mml:mspace width="0.125em" linebreak="nobreak"/><mml:mi>l</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo mathsize="1.1em">)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, commutes with <inline-formula><mml:math id="M207" display="inline"><mml:mrow><mml:msup><mml:mover accent="true"><mml:mi>K</mml:mi><mml:mo stretchy="false" mathvariant="normal">^</mml:mo></mml:mover><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msup></mml:mrow></mml:math></inline-formula>. As a consequence, <inline-formula><mml:math id="M208" display="inline"><mml:mrow><mml:mo mathsize="1.1em">[</mml:mo><mml:msup><mml:mover accent="true"><mml:mover accent="true"><mml:mi mathvariant="bold">K</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="true">^</mml:mo></mml:mover><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="true">^</mml:mo></mml:mover><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msup><mml:mo>,</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mover accent="true"><mml:mi mathvariant="bold">Γ</mml:mi><mml:mo stretchy="true" mathvariant="normal">^</mml:mo></mml:mover><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="true">^</mml:mo></mml:mover><mml:mo mathsize="1.1em">]</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, and the relaxation superoperator can be decomposed into independent blocks corresponding to different values of <inline-formula><mml:math id="M209" display="inline"><mml:mrow><mml:msup><mml:mover accent="true"><mml:mover accent="true"><mml:mi mathvariant="bold">K</mml:mi><mml:mo stretchy="true" mathvariant="normal">^</mml:mo></mml:mover><mml:mo stretchy="true" mathvariant="normal">^</mml:mo></mml:mover><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msup></mml:mrow></mml:math></inline-formula>. Importantly, we are interested only in the zero-eigenvalue subspace of <inline-formula><mml:math id="M210" display="inline"><mml:mrow><mml:msup><mml:mover accent="true"><mml:mover accent="true"><mml:mi mathvariant="bold">K</mml:mi><mml:mo stretchy="true" mathvariant="normal">^</mml:mo></mml:mover><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="true">^</mml:mo></mml:mover><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msup></mml:mrow></mml:math></inline-formula> since

              <disp-formula id="Ch1.E34" content-type="numbered"><label>34</label><mml:math id="M211" display="block"><mml:mtable rowspacing="0.2ex" class="split" displaystyle="true" columnalign="right left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:mtext>If </mml:mtext><mml:msup><mml:mover accent="true"><mml:mover accent="true"><mml:mi mathvariant="bold">K</mml:mi><mml:mo stretchy="true" mathvariant="normal">^</mml:mo></mml:mover><mml:mo stretchy="true" mathvariant="normal">^</mml:mo></mml:mover><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msup><mml:mspace width="0.125em" linebreak="nobreak"/><mml:mover accent="true"><mml:mi mathvariant="italic">ρ</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="false">^</mml:mo></mml:mover><mml:mo>(</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn><mml:mo>)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn><mml:mtext> and </mml:mtext></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mo mathsize="1.5em">[</mml:mo><mml:msup><mml:mover accent="true"><mml:mover accent="true"><mml:mi mathvariant="bold">K</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="true">^</mml:mo></mml:mover><mml:mo stretchy="true" mathvariant="normal">^</mml:mo></mml:mover><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msup><mml:mo>,</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mover accent="true"><mml:mi mathvariant="bold">Γ</mml:mi><mml:mo stretchy="true" mathvariant="normal">^</mml:mo></mml:mover><mml:mo stretchy="true" mathvariant="normal">^</mml:mo></mml:mover><mml:mo mathsize="1.5em">]</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo mathsize="1.5em">[</mml:mo><mml:msup><mml:mover accent="true"><mml:mover accent="true"><mml:mi mathvariant="bold">K</mml:mi><mml:mo stretchy="true" mathvariant="normal">^</mml:mo></mml:mover><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="true">^</mml:mo></mml:mover><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msup><mml:mo>,</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mover accent="true"><mml:mi mathvariant="bold">H</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="true">^</mml:mo></mml:mover><mml:mo stretchy="true" mathvariant="normal">^</mml:mo></mml:mover><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo><mml:mo mathsize="1.5em">]</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd/><mml:mtd><mml:mrow><mml:mtext>then </mml:mtext><mml:msup><mml:mover accent="true"><mml:mover accent="true"><mml:mi mathvariant="bold">K</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="true">^</mml:mo></mml:mover><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="true">^</mml:mo></mml:mover><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msup><mml:mspace width="0.125em" linebreak="nobreak"/><mml:mover accent="true"><mml:mi mathvariant="italic">ρ</mml:mi><mml:mo stretchy="false" mathvariant="normal">^</mml:mo></mml:mover><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn><mml:mtext> for any </mml:mtext><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>.</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula></p>
      <p id="d2e6890">Therefore, relaxational dynamics also conserves the density matrix <inline-formula><mml:math id="M212" display="inline"><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mi mathvariant="italic">ρ</mml:mi><mml:mo stretchy="false" mathvariant="normal">^</mml:mo></mml:mover><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula> within the zero-eigenvalue subspace of <inline-formula><mml:math id="M213" display="inline"><mml:mrow><mml:msup><mml:mover accent="true"><mml:mover accent="true"><mml:mi mathvariant="bold">K</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="true">^</mml:mo></mml:mover><mml:mo stretchy="true" mathvariant="normal">^</mml:mo></mml:mover><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msup></mml:mrow></mml:math></inline-formula>; i.e. <inline-formula><mml:math id="M214" display="inline"><mml:mrow><mml:msup><mml:mover accent="true"><mml:mover accent="true"><mml:mi mathvariant="bold">K</mml:mi><mml:mo stretchy="true" mathvariant="normal">^</mml:mo></mml:mover><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="true">^</mml:mo></mml:mover><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msup><mml:mspace width="0.125em" linebreak="nobreak"/><mml:mover accent="true"><mml:mi mathvariant="italic">ρ</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="false">^</mml:mo></mml:mover><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>[</mml:mo><mml:msup><mml:mover accent="true"><mml:mi>K</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="false">^</mml:mo></mml:mover><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msup><mml:mo>,</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mi mathvariant="italic">ρ</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="false">^</mml:mo></mml:mover><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo><mml:mo>]</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula>. As a consequence, the blocks of the density matrix corresponding to different values of the total spin <inline-formula><mml:math id="M215" display="inline"><mml:mi>K</mml:mi></mml:math></inline-formula> of the magnetically equivalent nuclei in the group <inline-formula><mml:math id="M216" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>G</mml:mi><mml:mi>P</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> are not mixed by relaxation. This allows us to treat relaxation independently for each value of the nuclear spin <inline-formula><mml:math id="M217" display="inline"><mml:mrow><mml:mi>K</mml:mi><mml:mo>∈</mml:mo><mml:mfenced close="}" open="{"><mml:mrow><mml:mstyle displaystyle="false"><mml:mfrac style="text"><mml:mi>P</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mo>,</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="false"><mml:mfrac style="text"><mml:mi>P</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">…</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>K</mml:mi><mml:mo>min⁡</mml:mo></mml:msub></mml:mrow></mml:mfenced></mml:mrow></mml:math></inline-formula> of the group <inline-formula><mml:math id="M218" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>G</mml:mi><mml:mi>P</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> <xref ref-type="bibr" rid="bib1.bibx22" id="paren.26"/> and introduce the reduced relaxation superoperator

              <disp-formula id="Ch1.E35" content-type="numbered"><label>35</label><mml:math id="M219" display="block"><mml:mtable rowspacing="0.2ex" class="split" displaystyle="true" columnalign="right left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mover accent="true"><mml:mi mathvariant="bold">Γ</mml:mi><mml:mo stretchy="true" mathvariant="normal">^</mml:mo></mml:mover><mml:mo stretchy="true" mathvariant="normal">^</mml:mo></mml:mover><mml:mi>K</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>-</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:munder><mml:mo movablelimits="false">∑</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>∉</mml:mo><mml:msub><mml:mi>G</mml:mi><mml:mi>P</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:munder><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi>T</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mi>n</mml:mi></mml:msubsup></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:munderover><mml:mo movablelimits="false">∑</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>m</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:mrow><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:munderover><mml:mo>(</mml:mo><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:msup><mml:mo>)</mml:mo><mml:mi>m</mml:mi></mml:msup><mml:mspace linebreak="nobreak" width="0.125em"/><mml:msubsup><mml:mover accent="true"><mml:mover accent="true"><mml:mi mathvariant="bold">T</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="true">^</mml:mo></mml:mover><mml:mo stretchy="true" mathvariant="normal">^</mml:mo></mml:mover><mml:mrow><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>m</mml:mi></mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:msubsup><mml:mspace linebreak="nobreak" width="0.125em"/><mml:msubsup><mml:mover accent="true"><mml:mover accent="true"><mml:mi mathvariant="bold">T</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="true">^</mml:mo></mml:mover><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="true">^</mml:mo></mml:mover><mml:mrow><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>m</mml:mi></mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:msubsup></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd/><mml:mtd><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mrow><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn><mml:msubsup><mml:mi>T</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mi>P</mml:mi></mml:msubsup></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:munderover><mml:mo movablelimits="false">∑</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>m</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:mrow><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:munderover><mml:mo>(</mml:mo><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:msup><mml:mo>)</mml:mo><mml:mi>m</mml:mi></mml:msup><mml:mspace width="0.125em" linebreak="nobreak"/><mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mover accent="true"><mml:mi mathvariant="bold">T</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="true">^</mml:mo></mml:mover><mml:mo stretchy="true" mathvariant="normal">^</mml:mo></mml:mover><mml:mrow><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>K</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>m</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mspace width="0.125em" linebreak="nobreak"/><mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mover accent="true"><mml:mi mathvariant="bold">T</mml:mi><mml:mo stretchy="true" mathvariant="normal">^</mml:mo></mml:mover><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="true">^</mml:mo></mml:mover><mml:mrow><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>K</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>m</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>

            where <inline-formula><mml:math id="M220" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mover accent="true"><mml:mi mathvariant="bold">T</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="true">^</mml:mo></mml:mover><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="true">^</mml:mo></mml:mover><mml:mrow><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>K</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>m</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> is a rank-1 irreducible spherical superoperator constructed for a spin <inline-formula><mml:math id="M221" display="inline"><mml:mi>K</mml:mi></mml:math></inline-formula> according to Eq. (<xref ref-type="disp-formula" rid="Ch1.E31"/>). A crucial property of the superoperator <inline-formula><mml:math id="M222" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mover accent="true"><mml:mi mathvariant="bold">Γ</mml:mi><mml:mo stretchy="true" mathvariant="normal">^</mml:mo></mml:mover><mml:mo stretchy="true" mathvariant="normal">^</mml:mo></mml:mover><mml:mi>K</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> is that it commutes with the superoperator <inline-formula><mml:math id="M223" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mover accent="true"><mml:mi mathvariant="bold">F</mml:mi><mml:mo stretchy="true" mathvariant="normal">^</mml:mo></mml:mover><mml:mo stretchy="true" mathvariant="normal">^</mml:mo></mml:mover><mml:mi>z</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula>:

              <disp-formula id="Ch1.E36" content-type="numbered"><label>36</label><mml:math id="M224" display="block"><mml:mrow><mml:mfenced open="[" close="]"><mml:mrow><mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mover accent="true"><mml:mi mathvariant="bold">F</mml:mi><mml:mo stretchy="true" mathvariant="normal">^</mml:mo></mml:mover><mml:mo stretchy="true" mathvariant="normal">^</mml:mo></mml:mover><mml:mi>z</mml:mi></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mover accent="true"><mml:mi mathvariant="bold">Γ</mml:mi><mml:mo stretchy="true" mathvariant="normal">^</mml:mo></mml:mover><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="true">^</mml:mo></mml:mover><mml:mi>K</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:mfenced><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn><mml:mo>.</mml:mo></mml:mrow></mml:math></disp-formula></p>
      <p id="d2e7391">This follows from the identities

              <disp-formula id="Ch1.E37" content-type="numbered"><label>37</label><mml:math id="M225" display="block"><mml:mtable class="split" rowspacing="0.2ex" displaystyle="true" columnalign="right left"><mml:mtr><mml:mtd/><mml:mtd><mml:mrow><mml:munderover><mml:mo movablelimits="false">∑</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>m</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:mrow><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:munderover><mml:mo>(</mml:mo><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:msup><mml:mo>)</mml:mo><mml:mi>m</mml:mi></mml:msup><mml:mspace linebreak="nobreak" width="0.125em"/><mml:msubsup><mml:mover accent="true"><mml:mover accent="true"><mml:mi mathvariant="bold">T</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="true">^</mml:mo></mml:mover><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="true">^</mml:mo></mml:mover><mml:mrow><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>m</mml:mi></mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:msubsup><mml:mspace linebreak="nobreak" width="0.125em"/><mml:msubsup><mml:mover accent="true"><mml:mover accent="true"><mml:mi mathvariant="bold">T</mml:mi><mml:mo stretchy="true" mathvariant="normal">^</mml:mo></mml:mover><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="true">^</mml:mo></mml:mover><mml:mrow><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>m</mml:mi></mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:msubsup><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfenced open="(" close=")"><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mover accent="true"><mml:mover accent="true"><mml:mi mathvariant="bold">T</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="true">^</mml:mo></mml:mover><mml:mo stretchy="true" mathvariant="normal">^</mml:mo></mml:mover><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mi>n</mml:mi></mml:msubsup><mml:mo>⋅</mml:mo><mml:msubsup><mml:mover accent="true"><mml:mover accent="true"><mml:mi mathvariant="bold">T</mml:mi><mml:mo stretchy="true" mathvariant="normal">^</mml:mo></mml:mover><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="true">^</mml:mo></mml:mover><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mi>n</mml:mi></mml:msubsup></mml:mrow></mml:mfenced><mml:mo>,</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd/><mml:mtd><mml:mrow><mml:munderover><mml:mo movablelimits="false">∑</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>m</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:mrow><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:munderover><mml:mo>(</mml:mo><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:msup><mml:mo>)</mml:mo><mml:mi>m</mml:mi></mml:msup><mml:mspace linebreak="nobreak" width="0.125em"/><mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mover accent="true"><mml:mi mathvariant="bold">T</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="true">^</mml:mo></mml:mover><mml:mo stretchy="true" mathvariant="normal">^</mml:mo></mml:mover><mml:mrow><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>K</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>m</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mspace width="0.125em" linebreak="nobreak"/><mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mover accent="true"><mml:mi mathvariant="bold">T</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="true">^</mml:mo></mml:mover><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="true">^</mml:mo></mml:mover><mml:mrow><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>K</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>m</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfenced close=")" open="("><mml:mrow><mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mover accent="true"><mml:mi mathvariant="bold">T</mml:mi><mml:mo stretchy="true" mathvariant="normal">^</mml:mo></mml:mover><mml:mo stretchy="true" mathvariant="normal">^</mml:mo></mml:mover><mml:mrow><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>K</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>⋅</mml:mo><mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mover accent="true"><mml:mi mathvariant="bold">T</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="true">^</mml:mo></mml:mover><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="true">^</mml:mo></mml:mover><mml:mrow><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>K</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mfenced><mml:mo>,</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>

            which represent scalar products of rank-1 spherical superoperators in Liouville space. Such scalar products are rotationally invariant and therefore commute with <inline-formula><mml:math id="M226" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mover accent="true"><mml:mi mathvariant="bold">F</mml:mi><mml:mo stretchy="true" mathvariant="normal">^</mml:mo></mml:mover><mml:mo stretchy="true" mathvariant="normal">^</mml:mo></mml:mover><mml:mi>z</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> (this can also be verified by direct evaluation of the commutators). Combining Eqs. (<xref ref-type="disp-formula" rid="Ch1.E25"/>) and (<xref ref-type="disp-formula" rid="Ch1.E36"/>), we obtain <inline-formula><mml:math id="M227" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mover accent="true"><mml:mi mathvariant="bold">F</mml:mi><mml:mo stretchy="true" mathvariant="normal">^</mml:mo></mml:mover><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="true">^</mml:mo></mml:mover><mml:mi>z</mml:mi></mml:msub><mml:mspace width="0.125em" linebreak="nobreak"/><mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mi mathvariant="italic">ρ</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="false">^</mml:mo></mml:mover><mml:mi>K</mml:mi></mml:msub><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula> for any <inline-formula><mml:math id="M228" display="inline"><mml:mi>t</mml:mi></mml:math></inline-formula>.</p>
      <p id="d2e7691">Thus, relaxational dynamics driven by <inline-formula><mml:math id="M229" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mover accent="true"><mml:mi mathvariant="bold">Γ</mml:mi><mml:mo stretchy="true" mathvariant="normal">^</mml:mo></mml:mover><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="true">^</mml:mo></mml:mover><mml:mi>K</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> and, therefore, the full Liouville space dynamics governed by Eq. (<xref ref-type="disp-formula" rid="Ch1.E29"/>) conserve the evolution within the ZQC subspace; see Fig. <xref ref-type="fig" rid="F2"/>B–D. Therefore, the evolution equation takes the following form:

              <disp-formula id="Ch1.E38" content-type="numbered"><label>38</label><mml:math id="M230" display="block"><mml:mtable rowspacing="0.2ex" class="split" displaystyle="true" columnalign="right left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mrow><mml:mo>∂</mml:mo><mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mi mathvariant="italic">ρ</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="false">^</mml:mo></mml:mover><mml:mi>K</mml:mi></mml:msub><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>∂</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo mathsize="1.5em">(</mml:mo><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>i</mml:mi><mml:mspace linebreak="nobreak" width="0.125em"/><mml:msubsup><mml:mover accent="true"><mml:mover accent="true"><mml:mi mathvariant="bold">H</mml:mi><mml:mo stretchy="true" mathvariant="normal">^</mml:mo></mml:mover><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="true">^</mml:mo></mml:mover><mml:mi>K</mml:mi><mml:mtext>ZQC</mml:mtext></mml:msubsup><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo><mml:mo>+</mml:mo><mml:msubsup><mml:mover accent="true"><mml:mover accent="true"><mml:mi mathvariant="bold">Γ</mml:mi><mml:mo stretchy="true" mathvariant="normal">^</mml:mo></mml:mover><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="true">^</mml:mo></mml:mover><mml:mi>K</mml:mi><mml:mtext>ZQC</mml:mtext></mml:msubsup><mml:mo mathsize="1.5em">)</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mi mathvariant="italic">ρ</mml:mi><mml:mo stretchy="false" mathvariant="normal">^</mml:mo></mml:mover><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd/><mml:mtd><mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:msubsup><mml:mover accent="true"><mml:mover accent="true"><mml:mi mathvariant="bold">L</mml:mi><mml:mo stretchy="true" mathvariant="normal">^</mml:mo></mml:mover><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="true">^</mml:mo></mml:mover><mml:mi>K</mml:mi><mml:mtext>ZQC</mml:mtext></mml:msubsup><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo><mml:mspace width="0.125em" linebreak="nobreak"/><mml:mover accent="true"><mml:mi mathvariant="italic">ρ</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="false">^</mml:mo></mml:mover><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>

            where we introduced <inline-formula><mml:math id="M231" display="inline"><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mover accent="true"><mml:mover accent="true"><mml:mi mathvariant="bold">L</mml:mi><mml:mo stretchy="true" mathvariant="normal">^</mml:mo></mml:mover><mml:mo stretchy="true" mathvariant="normal">^</mml:mo></mml:mover><mml:mi>K</mml:mi><mml:mtext>ZQC</mml:mtext></mml:msubsup><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula> as the Liouvillian superoperator projected onto the ZQC subspace. We emphasize that all components of the density matrix outside the ZQC subspace are identically zero, as shown in Fig. <xref ref-type="fig" rid="F2"/>C and D.</p>
      <p id="d2e7874">It should be noted that a wide class of relaxation mechanisms possesses the same symmetry properties: the effective-spin reduction and conservation of a coherence order <xref ref-type="bibr" rid="bib1.bibx44" id="paren.27"/>:

              <disp-formula id="Ch1.E39" content-type="numbered"><label>39</label><mml:math id="M232" display="block"><mml:mrow><mml:mo mathsize="1.5em">[</mml:mo><mml:msup><mml:mover accent="true"><mml:mover accent="true"><mml:mi mathvariant="bold">K</mml:mi><mml:mo stretchy="true" mathvariant="normal">^</mml:mo></mml:mover><mml:mo stretchy="true" mathvariant="normal">^</mml:mo></mml:mover><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msup><mml:mo>,</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mover accent="true"><mml:mi mathvariant="bold">Γ</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="true">^</mml:mo></mml:mover><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="true">^</mml:mo></mml:mover><mml:mo mathsize="1.5em">]</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfenced open="[" close="]"><mml:mrow><mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mover accent="true"><mml:mi mathvariant="bold">F</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="true">^</mml:mo></mml:mover><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="true">^</mml:mo></mml:mover><mml:mi>z</mml:mi></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mover accent="true"><mml:mi mathvariant="bold">Γ</mml:mi><mml:mo stretchy="true" mathvariant="normal">^</mml:mo></mml:mover><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="true">^</mml:mo></mml:mover></mml:mrow></mml:mfenced><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo></mml:mrow></mml:math></disp-formula>

            including dipole–dipole relaxation, chemical shift anisotropy (CSA) with axial symmetry, and cross-correlated relaxation between these mechanisms. Nevertheless, for the majority of SABRE experiments, the random fluctuating field (RFF) model provides a sufficiently accurate description of relaxation.</p>
</sec>
</sec>
<sec id="Ch1.S2.SS3">
  <label>2.3</label><title>Block-diagonal decomposition of SABRE master equations</title>
      <p id="d2e7951">The SABRE hyperpolarization process arises from an intricate interplay between spin and chemical exchange dynamics. Polarization is transferred from a parahydrogen molecule to the substrate during its transient binding within the Ir-based polarization transfer complex, as illustrated in Fig. <xref ref-type="fig" rid="F3"/>. Inside the complex, the nuclear spins of the parahydrogen-derived hydrides and the nuclear spins of the substrate become strongly coupled, leading to the formation of entangled spin states. This coherent spin evolution enables efficient transfer of spin order from parahydrogen to the substrate nuclei. Upon dissociation of the substrate from the metal complex, the accumulated spin polarization is released into the free substrate, resulting in its observable hyperpolarization of the nuclear spins.</p>

      <fig id="F3" specific-use="star"><label>Figure 3</label><caption><p id="d2e7958">Schematic representation of the SABRE polarization transfer process from parahydrogen (pH<sub>2</sub>) to the substrate (S) mediated by the transient polarization transfer complex (C). Spin dynamics within the complex is governed by the Liouvillian superoperator <inline-formula><mml:math id="M234" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mover accent="true"><mml:mi mathvariant="bold">L</mml:mi><mml:mo stretchy="true" mathvariant="normal">^</mml:mo></mml:mover><mml:mo stretchy="true" mathvariant="normal">^</mml:mo></mml:mover><mml:mi>C</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, while spin evolution in the pool of free substrate molecules is described by  <inline-formula><mml:math id="M235" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mover accent="true"><mml:mi mathvariant="bold">L</mml:mi><mml:mo stretchy="true" mathvariant="normal">^</mml:mo></mml:mover><mml:mo stretchy="true" mathvariant="normal">^</mml:mo></mml:mover><mml:mi>S</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula>. In our model, parahydrogen supply and exchange with the complex are assumed to be fast such that the overall exchange is effectively determined by the substrate dissociation rate constant <inline-formula><mml:math id="M236" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>k</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">d</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> and association rate <inline-formula><mml:math id="M237" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>W</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">a</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula>. Here, L and S<sub>1</sub> denote the axial and equatorial ligand of the complex, respectively, and IMes is a heterocyclic carbene ligand (1,3-bis(2,4,6-trimethylphenyl)-1,3-dihydro-2H-imidazol-2-ylidene).</p></caption>
          <graphic xlink:href="https://mr.copernicus.org/articles/7/53/2026/mr-7-53-2026-f03.png"/>

        </fig>

      <p id="d2e8042">Thus, spin dynamics governs the polarization transfer processes occurring within the metal complex, whereas chemical dynamics determines how this polarization is transferred to and accumulated in the ensemble of free substrate molecules. Both coherent spin evolution and stochastic chemical exchange are therefore essential ingredients of the SABRE mechanism.</p>
      <p id="d2e8046">To rigorously consider this sophisticated SABRE dynamics, we used the SABRE master equation <xref ref-type="bibr" rid="bib1.bibx42" id="paren.28"/>:

            <disp-formula id="Ch1.E40" content-type="numbered"><label>40</label><mml:math id="M239" display="block"><mml:mrow><mml:mfenced open="{" close=""><mml:mtable rowspacing="0.2ex" columnspacing="1em" class="aligned" displaystyle="true" columnalign="right left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">d</mml:mi><mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mi mathvariant="italic">ρ</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="false">^</mml:mo></mml:mover><mml:mi>S</mml:mi></mml:msub><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">d</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mstyle displaystyle="true" class="stylechange"/><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mover accent="true"><mml:mi mathvariant="bold">L</mml:mi><mml:mo stretchy="true" mathvariant="normal">^</mml:mo></mml:mover><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="true">^</mml:mo></mml:mover><mml:mi>S</mml:mi></mml:msub><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo><mml:mspace linebreak="nobreak" width="0.125em"/><mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mi mathvariant="italic">ρ</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="false">^</mml:mo></mml:mover><mml:mi>S</mml:mi></mml:msub><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mi>W</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">a</mml:mi></mml:msub><mml:mspace linebreak="nobreak" width="0.125em"/><mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mi mathvariant="italic">ρ</mml:mi><mml:mo stretchy="false" mathvariant="normal">^</mml:mo></mml:mover><mml:mi>S</mml:mi></mml:msub><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mi>k</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">d</mml:mi></mml:msub><mml:mspace linebreak="nobreak" width="0.125em"/><mml:msub><mml:mtext>Tr</mml:mtext><mml:mrow class="chem"><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">H</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="italic">{</mml:mo><mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mi mathvariant="italic">ρ</mml:mi><mml:mo stretchy="false" mathvariant="normal">^</mml:mo></mml:mover><mml:mi>C</mml:mi></mml:msub><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo><mml:mo mathvariant="italic">}</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">d</mml:mi><mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mi mathvariant="italic">ρ</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="false">^</mml:mo></mml:mover><mml:mi>C</mml:mi></mml:msub><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">d</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mstyle class="stylechange" displaystyle="true"/><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mover accent="true"><mml:mi mathvariant="bold">L</mml:mi><mml:mo stretchy="true" mathvariant="normal">^</mml:mo></mml:mover><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="true">^</mml:mo></mml:mover><mml:mi>C</mml:mi></mml:msub><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo><mml:mspace linebreak="nobreak" width="0.125em"/><mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mi mathvariant="italic">ρ</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="false">^</mml:mo></mml:mover><mml:mi>C</mml:mi></mml:msub><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mi>k</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">d</mml:mi></mml:msub><mml:mspace linebreak="nobreak" width="0.125em"/><mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mi mathvariant="italic">ρ</mml:mi><mml:mo stretchy="false" mathvariant="normal">^</mml:mo></mml:mover><mml:mi>C</mml:mi></mml:msub><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mstyle class="stylechange" displaystyle="true"/></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mstyle displaystyle="true" class="stylechange"/><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mi>W</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">a</mml:mi></mml:msub><mml:mspace linebreak="nobreak" width="0.125em"/><mml:mo mathvariant="italic">{</mml:mo><mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mi mathvariant="italic">ρ</mml:mi><mml:mo stretchy="false" mathvariant="normal">^</mml:mo></mml:mover><mml:mi>S</mml:mi></mml:msub><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo><mml:mo>⊗</mml:mo><mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mi mathvariant="italic">ρ</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="false">^</mml:mo></mml:mover><mml:mrow><mml:msub><mml:mtext>pH</mml:mtext><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="italic">}</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mfenced></mml:mrow></mml:math></disp-formula>

          where we introduced the following quantities: <inline-formula><mml:math id="M240" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mi mathvariant="italic">ρ</mml:mi><mml:mo stretchy="false" mathvariant="normal">^</mml:mo></mml:mover><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>C</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula> values are the density matrices of the free substrate and the SABRE complex, respectively; <inline-formula><mml:math id="M241" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mi mathvariant="italic">ρ</mml:mi><mml:mo stretchy="false" mathvariant="normal">^</mml:mo></mml:mover><mml:mrow><mml:msub><mml:mtext>pH</mml:mtext><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> is the density matrix of parahydrogen (singlet spin state of two nuclei); <inline-formula><mml:math id="M242" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mover accent="true"><mml:mi mathvariant="bold">L</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="true">^</mml:mo></mml:mover><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="true">^</mml:mo></mml:mover><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>C</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>i</mml:mi><mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mover accent="true"><mml:mi mathvariant="bold">H</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="true">^</mml:mo></mml:mover><mml:mo stretchy="true" mathvariant="normal">^</mml:mo></mml:mover><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>C</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mover accent="true"><mml:mi mathvariant="bold">Γ</mml:mi><mml:mo stretchy="true" mathvariant="normal">^</mml:mo></mml:mover><mml:mo stretchy="true" mathvariant="normal">^</mml:mo></mml:mover><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>C</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> values are the Liouvillian superoperators of the substrate and the complex; <inline-formula><mml:math id="M243" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>k</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">d</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> is the substrate dissociation rate constant; and <inline-formula><mml:math id="M244" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>W</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">a</mml:mi></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mi>k</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">d</mml:mi></mml:msub><mml:mo>[</mml:mo><mml:mi>C</mml:mi><mml:mo>]</mml:mo><mml:mo>/</mml:mo><mml:mo>[</mml:mo><mml:mi>S</mml:mi><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula> is the substrate association rate constant. Importantly, in Eq. (<xref ref-type="disp-formula" rid="Ch1.E40"/>) the density matrices are normalized by the following concentrations: <inline-formula><mml:math id="M245" display="inline"><mml:mrow><mml:mtext>Tr</mml:mtext><mml:mo mathvariant="italic">{</mml:mo><mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mi mathvariant="italic">ρ</mml:mi><mml:mo stretchy="false" mathvariant="normal">^</mml:mo></mml:mover><mml:mi>S</mml:mi></mml:msub><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo><mml:mo mathvariant="italic">}</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>[</mml:mo><mml:mi>S</mml:mi><mml:mo>]</mml:mo><mml:mo>/</mml:mo><mml:mo>(</mml:mo><mml:mo>[</mml:mo><mml:mi>C</mml:mi><mml:mo>]</mml:mo><mml:mo>+</mml:mo><mml:mo>[</mml:mo><mml:mi>S</mml:mi><mml:mo>]</mml:mo><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math id="M246" display="inline"><mml:mrow><mml:mtext>Tr</mml:mtext><mml:mo mathvariant="italic">{</mml:mo><mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mi mathvariant="italic">ρ</mml:mi><mml:mo stretchy="false" mathvariant="normal">^</mml:mo></mml:mover><mml:mi>C</mml:mi></mml:msub><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo><mml:mo mathvariant="italic">}</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>[</mml:mo><mml:mi>C</mml:mi><mml:mo>]</mml:mo><mml:mo>/</mml:mo><mml:mo>(</mml:mo><mml:mo>[</mml:mo><mml:mi>C</mml:mi><mml:mo>]</mml:mo><mml:mo>+</mml:mo><mml:mo>[</mml:mo><mml:mi>S</mml:mi><mml:mo>]</mml:mo><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula>. Equation (<xref ref-type="disp-formula" rid="Ch1.E40"/>) arises as the rigorous Markovian limit of the integral encounter theory, a first-principle approach to chemical kinetics in the condensed phase <xref ref-type="bibr" rid="bib1.bibx21 bib1.bibx25 bib1.bibx29" id="paren.29"/>. SABRE Eq. (<xref ref-type="disp-formula" rid="Ch1.E40"/>) is linear and valid in the regime of fast parahydrogen supply and fast dihydrogen exchange with the complex. Although the full SABRE kinetics is generally non-linear <xref ref-type="bibr" rid="bib1.bibx69" id="paren.30"/>, the linear approximation is adequate for most practical purposes.</p>
      <p id="d2e8606">Equation (<xref ref-type="disp-formula" rid="Ch1.E40"/>) can be transformed to the superoperator form

            <disp-formula id="Ch1.E41" content-type="numbered"><label>41</label><mml:math id="M247" display="block"><mml:mrow><mml:mfenced close="" open="{"><mml:mtable columnspacing="1em" rowspacing="0.2ex" class="aligned" displaystyle="true" columnalign="right left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">d</mml:mi><mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mi mathvariant="italic">ρ</mml:mi><mml:mo stretchy="false" mathvariant="normal">^</mml:mo></mml:mover><mml:mi>S</mml:mi></mml:msub><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">d</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mstyle displaystyle="true" class="stylechange"/><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mover accent="true"><mml:mi mathvariant="bold">A</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="true">^</mml:mo></mml:mover><mml:mo stretchy="true" mathvariant="normal">^</mml:mo></mml:mover><mml:mi>S</mml:mi></mml:msub><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo><mml:mspace width="0.125em" linebreak="nobreak"/><mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mi mathvariant="italic">ρ</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="false">^</mml:mo></mml:mover><mml:mi>S</mml:mi></mml:msub><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mi>k</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">d</mml:mi></mml:msub><mml:mspace linebreak="nobreak" width="0.125em"/><mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mover accent="true"><mml:mi mathvariant="bold">S</mml:mi><mml:mo stretchy="true" mathvariant="normal">^</mml:mo></mml:mover><mml:mo stretchy="true" mathvariant="normal">^</mml:mo></mml:mover><mml:mrow><mml:msub><mml:mtext>TrH</mml:mtext><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:mspace width="0.125em" linebreak="nobreak"/><mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mi mathvariant="italic">ρ</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="false">^</mml:mo></mml:mover><mml:mi>C</mml:mi></mml:msub><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">d</mml:mi><mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mi mathvariant="italic">ρ</mml:mi><mml:mo stretchy="false" mathvariant="normal">^</mml:mo></mml:mover><mml:mi>C</mml:mi></mml:msub><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">d</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mstyle class="stylechange" displaystyle="true"/><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mover accent="true"><mml:mi mathvariant="bold">A</mml:mi><mml:mo stretchy="true" mathvariant="normal">^</mml:mo></mml:mover><mml:mo stretchy="true" mathvariant="normal">^</mml:mo></mml:mover><mml:mi>C</mml:mi></mml:msub><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo><mml:mspace width="0.125em" linebreak="nobreak"/><mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mi mathvariant="italic">ρ</mml:mi><mml:mo stretchy="false" mathvariant="normal">^</mml:mo></mml:mover><mml:mi>C</mml:mi></mml:msub><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mi>W</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">a</mml:mi></mml:msub><mml:mspace width="0.125em" linebreak="nobreak"/><mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mover accent="true"><mml:mi mathvariant="bold">S</mml:mi><mml:mo stretchy="true" mathvariant="normal">^</mml:mo></mml:mover><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="true">^</mml:mo></mml:mover><mml:mtext>Kron</mml:mtext></mml:msub><mml:mspace width="0.125em" linebreak="nobreak"/><mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mi mathvariant="italic">ρ</mml:mi><mml:mo stretchy="false" mathvariant="normal">^</mml:mo></mml:mover><mml:mi>S</mml:mi></mml:msub><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo><mml:mo>.</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mfenced></mml:mrow></mml:math></disp-formula>

          Here, we introduce the following auxiliary superoperators:

            <disp-formula id="Ch1.E42" content-type="numbered"><label>42</label><mml:math id="M248" display="block"><mml:mtable class="split" rowspacing="0.2ex" displaystyle="true" columnalign="right left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mover accent="true"><mml:mi mathvariant="bold">A</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="true">^</mml:mo></mml:mover><mml:mo stretchy="true" mathvariant="normal">^</mml:mo></mml:mover><mml:mi>S</mml:mi></mml:msub><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mover accent="true"><mml:mi mathvariant="bold">L</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="true">^</mml:mo></mml:mover><mml:mo stretchy="true" mathvariant="normal">^</mml:mo></mml:mover><mml:mi>S</mml:mi></mml:msub><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mi>W</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">a</mml:mi></mml:msub><mml:mspace linebreak="nobreak" width="0.125em"/><mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mover accent="true"><mml:mn mathvariant="bold">1</mml:mn><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="true">^</mml:mo></mml:mover><mml:mo stretchy="true" mathvariant="normal">^</mml:mo></mml:mover><mml:mi>S</mml:mi></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mover accent="true"><mml:mi mathvariant="bold">A</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="true">^</mml:mo></mml:mover><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="true">^</mml:mo></mml:mover><mml:mi>C</mml:mi></mml:msub><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mover accent="true"><mml:mi mathvariant="bold">L</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="true">^</mml:mo></mml:mover><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="true">^</mml:mo></mml:mover><mml:mi>C</mml:mi></mml:msub><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mi>k</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">d</mml:mi></mml:msub><mml:mspace width="0.125em" linebreak="nobreak"/><mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mover accent="true"><mml:mn mathvariant="bold">1</mml:mn><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="true">^</mml:mo></mml:mover><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="true">^</mml:mo></mml:mover><mml:mi>C</mml:mi></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>

          where <inline-formula><mml:math id="M249" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mover accent="true"><mml:mn mathvariant="bold">1</mml:mn><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="true">^</mml:mo></mml:mover><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="true">^</mml:mo></mml:mover><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>C</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> values are the identity superoperators acting on the density matrices according to <inline-formula><mml:math id="M250" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mover accent="true"><mml:mn mathvariant="bold">1</mml:mn><mml:mo stretchy="true" mathvariant="normal">^</mml:mo></mml:mover><mml:mo stretchy="true" mathvariant="normal">^</mml:mo></mml:mover><mml:mi>S</mml:mi></mml:msub><mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mi mathvariant="italic">ρ</mml:mi><mml:mo stretchy="false" mathvariant="normal">^</mml:mo></mml:mover><mml:mi>S</mml:mi></mml:msub><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mi mathvariant="italic">ρ</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="false">^</mml:mo></mml:mover><mml:mi>S</mml:mi></mml:msub><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math id="M251" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mover accent="true"><mml:mn mathvariant="bold">1</mml:mn><mml:mo stretchy="true" mathvariant="normal">^</mml:mo></mml:mover><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="true">^</mml:mo></mml:mover><mml:mi>C</mml:mi></mml:msub><mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mi mathvariant="italic">ρ</mml:mi><mml:mo stretchy="false" mathvariant="normal">^</mml:mo></mml:mover><mml:mi>C</mml:mi></mml:msub><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mi mathvariant="italic">ρ</mml:mi><mml:mo stretchy="false" mathvariant="normal">^</mml:mo></mml:mover><mml:mi>C</mml:mi></mml:msub><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, <inline-formula><mml:math id="M252" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mover accent="true"><mml:mi mathvariant="bold">S</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="true">^</mml:mo></mml:mover><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="true">^</mml:mo></mml:mover><mml:mrow><mml:msub><mml:mtext>TrH</mml:mtext><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:mspace linebreak="nobreak" width="0.125em"/><mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mi mathvariant="italic">ρ</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="false">^</mml:mo></mml:mover><mml:mi>C</mml:mi></mml:msub><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mtext>Tr</mml:mtext><mml:mrow class="chem"><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">H</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="italic">{</mml:mo><mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mi mathvariant="italic">ρ</mml:mi><mml:mo stretchy="false" mathvariant="normal">^</mml:mo></mml:mover><mml:mi>C</mml:mi></mml:msub><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo><mml:mo mathvariant="italic">}</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula> is the partial trace superoperator over the states of the hydrides in the complex, and <inline-formula><mml:math id="M253" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mover accent="true"><mml:mi mathvariant="bold">S</mml:mi><mml:mo stretchy="true" mathvariant="normal">^</mml:mo></mml:mover><mml:mo stretchy="true" mathvariant="normal">^</mml:mo></mml:mover><mml:mtext>Kron</mml:mtext></mml:msub><mml:mspace linebreak="nobreak" width="0.125em"/><mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mi mathvariant="italic">ρ</mml:mi><mml:mo stretchy="false" mathvariant="normal">^</mml:mo></mml:mover><mml:mi>S</mml:mi></mml:msub><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo mathvariant="italic">{</mml:mo><mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mi mathvariant="italic">ρ</mml:mi><mml:mo stretchy="false" mathvariant="normal">^</mml:mo></mml:mover><mml:mi>S</mml:mi></mml:msub><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo><mml:mo>⊗</mml:mo><mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mi mathvariant="italic">ρ</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="false">^</mml:mo></mml:mover><mml:mrow><mml:msub><mml:mtext>pH</mml:mtext><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="italic">}</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula> is the Kronecker product superoperator.</p>
      <p id="d2e9205">The initial state of the complex and the free substrate is typically assumed to be completely non-polarized:

            <disp-formula id="Ch1.E43" content-type="numbered"><label>43</label><mml:math id="M254" display="block"><mml:mtable class="split" rowspacing="0.2ex" displaystyle="true" columnalign="right left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mi mathvariant="italic">ρ</mml:mi><mml:mo stretchy="false" mathvariant="normal">^</mml:mo></mml:mover><mml:mi>S</mml:mi></mml:msub><mml:mo>(</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mi>S</mml:mi><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mi>C</mml:mi><mml:mo>]</mml:mo><mml:mo>+</mml:mo><mml:mo>[</mml:mo><mml:mi>S</mml:mi><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mrow><mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="false">^</mml:mo></mml:mover><mml:mi>S</mml:mi></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>dim</mml:mtext><mml:mo>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="script">H</mml:mi><mml:mi>S</mml:mi></mml:msub><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mo>,</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mi mathvariant="italic">ρ</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="false">^</mml:mo></mml:mover><mml:mi>C</mml:mi></mml:msub><mml:mo>(</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mi>C</mml:mi><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mi>C</mml:mi><mml:mo>]</mml:mo><mml:mo>+</mml:mo><mml:mo>[</mml:mo><mml:mi>S</mml:mi><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mrow><mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mo stretchy="false" mathvariant="normal">^</mml:mo></mml:mover><mml:mi>C</mml:mi></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>dim</mml:mtext><mml:mo>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="script">H</mml:mi><mml:mi>C</mml:mi></mml:msub><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mo>,</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>

          where <inline-formula><mml:math id="M255" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mo stretchy="false" mathvariant="normal">^</mml:mo></mml:mover><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>C</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> values are the identity operators, and <inline-formula><mml:math id="M256" display="inline"><mml:mrow><mml:mtext>dim</mml:mtext><mml:mo>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="script">H</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>C</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula> values are the dimensions of the Hilbert spaces of the free substrate and the complex, respectively.</p>
<sec id="Ch1.S2.SS3.SSS1">
  <label>2.3.1</label><title>The group of magnetically equivalent nuclei</title>
      <p id="d2e9402">In what follows, we demonstrate how block-diagonal decomposition can be employed to reduce the dimensionality of Eq. (<xref ref-type="disp-formula" rid="Ch1.E41"/>).</p>
      <p id="d2e9407">We note that the initial density matrices in Eq. (<xref ref-type="disp-formula" rid="Ch1.E43"/>) commute with any operator in the Hilbert space, as they are proportional to the identity operator. Consequently, if the substrate contains a group of magnetically equivalent nuclei <inline-formula><mml:math id="M257" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>G</mml:mi><mml:mi>P</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, it can be treated as a single effective nucleus with total spin <inline-formula><mml:math id="M258" display="inline"><mml:mi>K</mml:mi></mml:math></inline-formula>; see Eqs. (<xref ref-type="disp-formula" rid="Ch1.E4"/>) and (<xref ref-type="disp-formula" rid="Ch1.E5"/>). This reduction is justified because Eq. (<xref ref-type="disp-formula" rid="Ch1.E34"/>) holds for both the free substrate and the SABRE complex. In this case, where the magnetic equivalence is conserved in the free substrate and in the complex, the chemical exchange superoperators do not mix subspaces with different values of <inline-formula><mml:math id="M259" display="inline"><mml:mi>K</mml:mi></mml:math></inline-formula>.</p>
      <p id="d2e9444">As a consequence, the first step in the dimensionality reduction is to solve Eq. (<xref ref-type="disp-formula" rid="Ch1.E41"/>) independently for each value of the total spin <inline-formula><mml:math id="M260" display="inline"><mml:mi>K</mml:mi></mml:math></inline-formula> of the group of magnetically equivalent nuclei. To avoid unnecessary notational complexity, the index <inline-formula><mml:math id="M261" display="inline"><mml:mi>K</mml:mi></mml:math></inline-formula> will be omitted in what follows, with the understanding that the density matrices <inline-formula><mml:math id="M262" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mi mathvariant="italic">ρ</mml:mi><mml:mo stretchy="false" mathvariant="normal">^</mml:mo></mml:mover><mml:mi>S</mml:mi></mml:msub><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math id="M263" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mi mathvariant="italic">ρ</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="false">^</mml:mo></mml:mover><mml:mi>C</mml:mi></mml:msub><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula> correspond to a fixed value of <inline-formula><mml:math id="M264" display="inline"><mml:mi>K</mml:mi></mml:math></inline-formula>.</p>
</sec>
<sec id="Ch1.S2.SS3.SSS2">
  <label>2.3.2</label><title>The <inline-formula><mml:math id="M265" display="inline"><mml:mi>z</mml:mi></mml:math></inline-formula> projection of total spin</title>
      <p id="d2e9527">The next step is to exploit the symmetry associated with the <inline-formula><mml:math id="M266" display="inline"><mml:mi>z</mml:mi></mml:math></inline-formula> projection of the total spin of the substrate, <inline-formula><mml:math id="M267" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mover accent="true"><mml:mi mathvariant="bold">F</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="true">^</mml:mo></mml:mover><mml:mo stretchy="true" mathvariant="normal">^</mml:mo></mml:mover><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi><mml:mi>z</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, and of the complex, <inline-formula><mml:math id="M268" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mover accent="true"><mml:mi mathvariant="bold">F</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="true">^</mml:mo></mml:mover><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="true">^</mml:mo></mml:mover><mml:mrow><mml:mi>C</mml:mi><mml:mi>z</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula>. In particular, the following relations hold:

              <disp-formula id="Ch1.E44" content-type="numbered"><label>44</label><mml:math id="M269" display="block"><mml:mrow><mml:mfenced close="" open="{"><mml:mtable columnspacing="1em" rowspacing="0.2ex" class="aligned" displaystyle="true" columnalign="right left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:mstyle displaystyle="true" class="stylechange"/><mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mover accent="true"><mml:mi mathvariant="bold">F</mml:mi><mml:mo stretchy="true" mathvariant="normal">^</mml:mo></mml:mover><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="true">^</mml:mo></mml:mover><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi><mml:mi>z</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mspace width="0.125em" linebreak="nobreak"/><mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mi mathvariant="italic">ρ</mml:mi><mml:mo stretchy="false" mathvariant="normal">^</mml:mo></mml:mover><mml:mi>S</mml:mi></mml:msub><mml:mo>(</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mstyle displaystyle="true" class="stylechange"/><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:mstyle displaystyle="true" class="stylechange"/><mml:mfenced open="[" close="]"><mml:mrow><mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mover accent="true"><mml:mi mathvariant="bold">F</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="true">^</mml:mo></mml:mover><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="true">^</mml:mo></mml:mover><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi><mml:mi>z</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mover accent="true"><mml:mi mathvariant="bold">A</mml:mi><mml:mo stretchy="true" mathvariant="normal">^</mml:mo></mml:mover><mml:mo stretchy="true" mathvariant="normal">^</mml:mo></mml:mover><mml:mi>S</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:mfenced></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mstyle displaystyle="true" class="stylechange"/><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn><mml:mo>.</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mfenced><mml:mfenced open="{" close=""><mml:mtable class="aligned" columnspacing="1em" rowspacing="0.2ex" displaystyle="true" columnalign="right left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:mstyle class="stylechange" displaystyle="true"/><mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mover accent="true"><mml:mi mathvariant="bold">F</mml:mi><mml:mo stretchy="true" mathvariant="normal">^</mml:mo></mml:mover><mml:mo stretchy="true" mathvariant="normal">^</mml:mo></mml:mover><mml:mrow><mml:mi>C</mml:mi><mml:mi>z</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mspace width="0.125em" linebreak="nobreak"/><mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mi mathvariant="italic">ρ</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="false">^</mml:mo></mml:mover><mml:mi>C</mml:mi></mml:msub><mml:mo>(</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mstyle displaystyle="true" class="stylechange"/><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:mstyle displaystyle="true" class="stylechange"/><mml:mfenced close="]" open="["><mml:mrow><mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mover accent="true"><mml:mi mathvariant="bold">F</mml:mi><mml:mo stretchy="true" mathvariant="normal">^</mml:mo></mml:mover><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="true">^</mml:mo></mml:mover><mml:mrow><mml:mi>C</mml:mi><mml:mi>z</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mover accent="true"><mml:mi mathvariant="bold">A</mml:mi><mml:mo stretchy="true" mathvariant="normal">^</mml:mo></mml:mover><mml:mo stretchy="true" mathvariant="normal">^</mml:mo></mml:mover><mml:mi>C</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:mfenced></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mstyle class="stylechange" displaystyle="true"/><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn><mml:mo>.</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mfenced></mml:mrow></mml:math></disp-formula>

            The last two identities follow from the fact that the relaxation and coherent dynamics conserve the coherence order:

              <disp-formula id="Ch1.E45" content-type="numbered"><label>45</label><mml:math id="M270" display="block"><mml:mtable class="split" rowspacing="0.2ex" displaystyle="true" columnalign="right left"><mml:mtr><mml:mtd/><mml:mtd><mml:mrow><mml:mfenced close="]" open="["><mml:mrow><mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mover accent="true"><mml:mi mathvariant="bold">F</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="true">^</mml:mo></mml:mover><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="true">^</mml:mo></mml:mover><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi><mml:mi>z</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mover accent="true"><mml:mi mathvariant="bold">L</mml:mi><mml:mo stretchy="true" mathvariant="normal">^</mml:mo></mml:mover><mml:mo stretchy="true" mathvariant="normal">^</mml:mo></mml:mover><mml:mi>S</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:mfenced><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>i</mml:mi><mml:munder><mml:munder class="underbrace"><mml:mrow><mml:mfenced close="]" open="["><mml:mrow><mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mover accent="true"><mml:mi mathvariant="bold">F</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="true">^</mml:mo></mml:mover><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="true">^</mml:mo></mml:mover><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi><mml:mi>z</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mover accent="true"><mml:mi mathvariant="bold">H</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="true">^</mml:mo></mml:mover><mml:mo stretchy="true" mathvariant="normal">^</mml:mo></mml:mover><mml:mi>S</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:mfenced></mml:mrow><mml:mo mathvariant="normal">︸</mml:mo></mml:munder><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn></mml:munder><mml:mo>+</mml:mo><mml:munder><mml:munder class="underbrace"><mml:mrow><mml:mfenced close="]" open="["><mml:mrow><mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mover accent="true"><mml:mi mathvariant="bold">F</mml:mi><mml:mo stretchy="true" mathvariant="normal">^</mml:mo></mml:mover><mml:mo stretchy="true" mathvariant="normal">^</mml:mo></mml:mover><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi><mml:mi>z</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mover accent="true"><mml:mi mathvariant="bold">Γ</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="true">^</mml:mo></mml:mover><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="true">^</mml:mo></mml:mover><mml:mi>S</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:mfenced></mml:mrow><mml:mo mathvariant="normal">︸</mml:mo></mml:munder><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn></mml:munder><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd/><mml:mtd><mml:mrow><mml:mfenced open="[" close="]"><mml:mrow><mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mover accent="true"><mml:mi mathvariant="bold">F</mml:mi><mml:mo stretchy="true" mathvariant="normal">^</mml:mo></mml:mover><mml:mo stretchy="true" mathvariant="normal">^</mml:mo></mml:mover><mml:mrow><mml:mi>C</mml:mi><mml:mi>z</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mover accent="true"><mml:mi mathvariant="bold">L</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="true">^</mml:mo></mml:mover><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="true">^</mml:mo></mml:mover><mml:mi>C</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:mfenced><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>i</mml:mi><mml:munder><mml:munder class="underbrace"><mml:mrow><mml:mfenced close="]" open="["><mml:mrow><mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mover accent="true"><mml:mi mathvariant="bold">F</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="true">^</mml:mo></mml:mover><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="true">^</mml:mo></mml:mover><mml:mrow><mml:mi>C</mml:mi><mml:mi>z</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mover accent="true"><mml:mi mathvariant="bold">H</mml:mi><mml:mo stretchy="true" mathvariant="normal">^</mml:mo></mml:mover><mml:mo stretchy="true" mathvariant="normal">^</mml:mo></mml:mover><mml:mi>C</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:mfenced></mml:mrow><mml:mo mathvariant="normal">︸</mml:mo></mml:munder><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn></mml:munder><mml:mo>+</mml:mo><mml:munder><mml:munder class="underbrace"><mml:mrow><mml:mfenced open="[" close="]"><mml:mrow><mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mover accent="true"><mml:mi mathvariant="bold">F</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="true">^</mml:mo></mml:mover><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="true">^</mml:mo></mml:mover><mml:mrow><mml:mi>C</mml:mi><mml:mi>z</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mover accent="true"><mml:mi mathvariant="bold">Γ</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="true">^</mml:mo></mml:mover><mml:mo stretchy="true" mathvariant="normal">^</mml:mo></mml:mover><mml:mi>C</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:mfenced></mml:mrow><mml:mo mathvariant="normal">︸</mml:mo></mml:munder><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn></mml:munder><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>

            and the definition of the auxiliary superoperators; see Eq. (<xref ref-type="disp-formula" rid="Ch1.E42"/>) (<inline-formula><mml:math id="M271" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mover accent="true"><mml:mn mathvariant="bold">1</mml:mn><mml:mo stretchy="true" mathvariant="normal">^</mml:mo></mml:mover><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="true">^</mml:mo></mml:mover><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>C</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> commutes with any superoperator). As a result, the first terms in Eq. (<xref ref-type="disp-formula" rid="Ch1.E41"/>), governed by the auxiliary superoperators <inline-formula><mml:math id="M272" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mover accent="true"><mml:mi mathvariant="bold">A</mml:mi><mml:mo stretchy="true" mathvariant="normal">^</mml:mo></mml:mover><mml:mo stretchy="true" mathvariant="normal">^</mml:mo></mml:mover><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>C</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, conserve the dynamics within the zero-quantum coherence (ZQC) subspaces of the Liouville spaces of the complex and the free substrate. These subspaces are denoted as <inline-formula><mml:math id="M273" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mtext>ZQC</mml:mtext><mml:mi>C</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math id="M274" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mtext>ZQC</mml:mtext><mml:mi>S</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, respectively.</p>
      <p id="d2e10069">Additionally, in SABRE the situation is significantly complicated by the presence of reversible chemical exchange. Special attention must therefore be paid to the exchange superoperators <inline-formula><mml:math id="M275" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mover accent="true"><mml:mi mathvariant="bold">S</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="true">^</mml:mo></mml:mover><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="true">^</mml:mo></mml:mover><mml:mrow><mml:msub><mml:mtext>TrH</mml:mtext><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math id="M276" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mover accent="true"><mml:mi mathvariant="bold">S</mml:mi><mml:mo stretchy="true" mathvariant="normal">^</mml:mo></mml:mover><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="true">^</mml:mo></mml:mover><mml:mtext>Kron</mml:mtext></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, introduced in Eq. (<xref ref-type="disp-formula" rid="Ch1.E41"/>), since they explicitly couple the Liouville spaces of the complex and the free substrate. In Appendices <xref ref-type="sec" rid="App1.Ch1.S2"/> and <xref ref-type="sec" rid="App1.Ch1.S3"/>, we demonstrate that these chemical exchange superoperators conserve the zero coherence order. Consequently, <inline-formula><mml:math id="M277" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mover accent="true"><mml:mi mathvariant="bold">S</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="true">^</mml:mo></mml:mover><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="true">^</mml:mo></mml:mover><mml:mtext>Kron</mml:mtext></mml:msub><mml:mo>:</mml:mo><mml:msub><mml:mtext>ZQC</mml:mtext><mml:mi>S</mml:mi></mml:msub><mml:mo>→</mml:mo><mml:msub><mml:mtext>ZQC</mml:mtext><mml:mi>C</mml:mi></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mover accent="true"><mml:mi mathvariant="bold">S</mml:mi><mml:mo stretchy="true" mathvariant="normal">^</mml:mo></mml:mover><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="true">^</mml:mo></mml:mover><mml:mrow><mml:msub><mml:mtext>TrH</mml:mtext><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>:</mml:mo><mml:msub><mml:mtext>ZQC</mml:mtext><mml:mi>C</mml:mi></mml:msub><mml:mo>→</mml:mo><mml:msub><mml:mtext>ZQC</mml:mtext><mml:mi>S</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, and the following relations hold:

              <disp-formula id="Ch1.E46" content-type="numbered"><label>46</label><mml:math id="M278" display="block"><mml:mrow><mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mover accent="true"><mml:mi mathvariant="bold">F</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="true">^</mml:mo></mml:mover><mml:mo stretchy="true" mathvariant="normal">^</mml:mo></mml:mover><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi><mml:mi>z</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mspace width="0.125em" linebreak="nobreak"/><mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mi mathvariant="italic">ρ</mml:mi><mml:mo stretchy="false" mathvariant="normal">^</mml:mo></mml:mover><mml:mi>S</mml:mi></mml:msub><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn><mml:mtext> and </mml:mtext><mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mover accent="true"><mml:mi mathvariant="bold">F</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="true">^</mml:mo></mml:mover><mml:mo stretchy="true" mathvariant="normal">^</mml:mo></mml:mover><mml:mrow><mml:mi>C</mml:mi><mml:mi>z</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mspace width="0.125em" linebreak="nobreak"/><mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mi mathvariant="italic">ρ</mml:mi><mml:mo stretchy="false" mathvariant="normal">^</mml:mo></mml:mover><mml:mi>C</mml:mi></mml:msub><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn><mml:mtext> for any </mml:mtext><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>.</mml:mo></mml:mrow></mml:math></disp-formula></p>
      <p id="d2e10259">Thus, the dynamics can be rigorously restricted to the <inline-formula><mml:math id="M279" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mtext>ZQC</mml:mtext><mml:mi>S</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math id="M280" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mtext>ZQC</mml:mtext><mml:mi>C</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> subspaces, as illustrated in Fig. <xref ref-type="fig" rid="F4"/>. Importantly, all other coherence order subspaces can be omitted without affecting the description of SABRE spin dynamics, since the density matrices are identically zero outside the ZQC subspaces (Fig. <xref ref-type="fig" rid="F4"/>).</p>

      <fig id="F4"><label>Figure 4</label><caption><p id="d2e10291">Block-diagonal decomposition for SABRE master equations. Only zero-quantum coherence (ZQC) subspaces of the free substrate (<inline-formula><mml:math id="M281" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mtext>ZQC</mml:mtext><mml:mi>S</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula>) and the complex (<inline-formula><mml:math id="M282" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mtext>ZQC</mml:mtext><mml:mi>C</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula>) are relevant in the SABRE matrix. Chemical exchange superoperators <inline-formula><mml:math id="M283" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mover accent="true"><mml:mi mathvariant="bold">S</mml:mi><mml:mo stretchy="true" mathvariant="normal">^</mml:mo></mml:mover><mml:mo stretchy="true" mathvariant="normal">^</mml:mo></mml:mover><mml:mrow><mml:msub><mml:mtext>TrH</mml:mtext><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math id="M284" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mover accent="true"><mml:mi mathvariant="bold">S</mml:mi><mml:mo stretchy="true" mathvariant="normal">^</mml:mo></mml:mover><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="true">^</mml:mo></mml:mover><mml:mtext>Kron</mml:mtext></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> couple these ZQC subspaces. Outside the ZQC subspaces, the density matrices of the free substrate <inline-formula><mml:math id="M285" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mi mathvariant="italic">ρ</mml:mi><mml:mo stretchy="false" mathvariant="normal">^</mml:mo></mml:mover><mml:mi>S</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> and the complex <inline-formula><mml:math id="M286" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mi mathvariant="italic">ρ</mml:mi><mml:mo stretchy="false" mathvariant="normal">^</mml:mo></mml:mover><mml:mi>C</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> are zero. The density matrices are represented in Liouville space as vectors.</p></caption>
            <graphic xlink:href="https://mr.copernicus.org/articles/7/53/2026/mr-7-53-2026-f04.png"/>

          </fig>

      <p id="d2e10389">Thus, the dimensionality of the problem is significantly reduced by considering that Eq. (<xref ref-type="disp-formula" rid="Ch1.E41"/>) is projected onto the ZQC subspaces instead of the full Liouville spaces:

              <disp-formula id="Ch1.E47" content-type="numbered"><label>47</label><mml:math id="M287" display="block"><mml:mrow><mml:mfenced close="" open="{"><mml:mtable rowspacing="0.2ex" columnspacing="1em" class="aligned" displaystyle="true" columnalign="right left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">d</mml:mi><mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mi mathvariant="italic">ρ</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="false">^</mml:mo></mml:mover><mml:mi>S</mml:mi></mml:msub><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">d</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mstyle class="stylechange" displaystyle="true"/><mml:mo>=</mml:mo><mml:msubsup><mml:mover accent="true"><mml:mover accent="true"><mml:mi mathvariant="bold">A</mml:mi><mml:mo stretchy="true" mathvariant="normal">^</mml:mo></mml:mover><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="true">^</mml:mo></mml:mover><mml:mi>S</mml:mi><mml:mtext>ZQC</mml:mtext></mml:msubsup><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo><mml:mspace linebreak="nobreak" width="0.125em"/><mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mi mathvariant="italic">ρ</mml:mi><mml:mo stretchy="false" mathvariant="normal">^</mml:mo></mml:mover><mml:mi>S</mml:mi></mml:msub><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mi>k</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">d</mml:mi></mml:msub><mml:mspace width="0.125em" linebreak="nobreak"/><mml:msubsup><mml:mover accent="true"><mml:mover accent="true"><mml:mi mathvariant="bold">S</mml:mi><mml:mo stretchy="true" mathvariant="normal">^</mml:mo></mml:mover><mml:mo stretchy="true" mathvariant="normal">^</mml:mo></mml:mover><mml:mrow><mml:msub><mml:mtext>TrH</mml:mtext><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mtext>ZQC</mml:mtext></mml:msubsup><mml:mspace linebreak="nobreak" width="0.125em"/><mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mi mathvariant="italic">ρ</mml:mi><mml:mo stretchy="false" mathvariant="normal">^</mml:mo></mml:mover><mml:mi>C</mml:mi></mml:msub><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">d</mml:mi><mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mi mathvariant="italic">ρ</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="false">^</mml:mo></mml:mover><mml:mi>C</mml:mi></mml:msub><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">d</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mstyle displaystyle="true" class="stylechange"/><mml:mo>=</mml:mo><mml:msubsup><mml:mover accent="true"><mml:mover accent="true"><mml:mi mathvariant="bold">A</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="true">^</mml:mo></mml:mover><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="true">^</mml:mo></mml:mover><mml:mi>C</mml:mi><mml:mtext>ZQC</mml:mtext></mml:msubsup><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo><mml:mspace width="0.125em" linebreak="nobreak"/><mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mi mathvariant="italic">ρ</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="false">^</mml:mo></mml:mover><mml:mi>C</mml:mi></mml:msub><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mi>W</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">a</mml:mi></mml:msub><mml:mspace width="0.125em" linebreak="nobreak"/><mml:msubsup><mml:mover accent="true"><mml:mover accent="true"><mml:mi mathvariant="bold">S</mml:mi><mml:mo stretchy="true" mathvariant="normal">^</mml:mo></mml:mover><mml:mo stretchy="true" mathvariant="normal">^</mml:mo></mml:mover><mml:mtext>Kron</mml:mtext><mml:mtext>ZQC</mml:mtext></mml:msubsup><mml:mspace linebreak="nobreak" width="0.125em"/><mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mi mathvariant="italic">ρ</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="false">^</mml:mo></mml:mover><mml:mi>S</mml:mi></mml:msub><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mfenced></mml:mrow></mml:math></disp-formula>

            where <inline-formula><mml:math id="M288" display="inline"><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mover accent="true"><mml:mover accent="true"><mml:mi mathvariant="bold">A</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="true">^</mml:mo></mml:mover><mml:mo stretchy="true" mathvariant="normal">^</mml:mo></mml:mover><mml:mi>S</mml:mi><mml:mtext>ZQC</mml:mtext></mml:msubsup><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math id="M289" display="inline"><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mover accent="true"><mml:mover accent="true"><mml:mi mathvariant="bold">A</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="true">^</mml:mo></mml:mover><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="true">^</mml:mo></mml:mover><mml:mi>C</mml:mi><mml:mtext>ZQC</mml:mtext></mml:msubsup><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula> are the superoperators <inline-formula><mml:math id="M290" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mover accent="true"><mml:mi mathvariant="bold">A</mml:mi><mml:mo stretchy="true" mathvariant="normal">^</mml:mo></mml:mover><mml:mo stretchy="true" mathvariant="normal">^</mml:mo></mml:mover><mml:mi>S</mml:mi></mml:msub><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math id="M291" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mover accent="true"><mml:mi mathvariant="bold">A</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="true">^</mml:mo></mml:mover><mml:mo stretchy="true" mathvariant="normal">^</mml:mo></mml:mover><mml:mi>C</mml:mi></mml:msub><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula> reduced onto the <inline-formula><mml:math id="M292" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mtext>ZQC</mml:mtext><mml:mi>S</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math id="M293" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mtext>ZQC</mml:mtext><mml:mi>C</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> subspaces, respectively, and <inline-formula><mml:math id="M294" display="inline"><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mover accent="true"><mml:mover accent="true"><mml:mi mathvariant="bold">S</mml:mi><mml:mo stretchy="true" mathvariant="normal">^</mml:mo></mml:mover><mml:mo stretchy="true" mathvariant="normal">^</mml:mo></mml:mover><mml:mrow><mml:msub><mml:mtext>TrH</mml:mtext><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mtext>ZQC</mml:mtext></mml:msubsup></mml:mrow></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math id="M295" display="inline"><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mover accent="true"><mml:mover accent="true"><mml:mi mathvariant="bold">S</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="true">^</mml:mo></mml:mover><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="true">^</mml:mo></mml:mover><mml:mtext>Kron</mml:mtext><mml:mtext>ZQC</mml:mtext></mml:msubsup></mml:mrow></mml:math></inline-formula> are the exchange superoperators calculated between the corresponding ZQC blocks. Importantly, these equations provide a rigorous, complete description of the full SABRE dynamics without any additional approximations while fully exploiting the block-diagonal structure of the density matrices to reduce computational complexity. In our notation, the ZQC subscript for the density matrices in Eq. (<xref ref-type="disp-formula" rid="Ch1.E47"/>) is omitted, as they are identically zero outside the zero-quantum coherence subspaces.</p>
</sec>
<sec id="Ch1.S2.SS3.SSS3">
  <label>2.3.3</label><title>The dimension of the SABRE matrix</title>
      <p id="d2e10787">In this work, we introduce three different SABRE matrices for comparison: the full SABRE matrix (without any reduction), the K-SABRE matrix (with effective-spin reduction for the magnetically equivalent nuclei), and the ZQC SABRE matrix (with both effective-spin and ZQC reductions). The dimensions of the matrices are simply the sum of the dimensions of the Liouville spaces for the free substrate and the complex:

              <disp-formula id="Ch1.E48" content-type="numbered"><label>48</label><mml:math id="M296" display="block"><mml:mtable class="split" rowspacing="0.2ex" displaystyle="true" columnalign="right left"><mml:mtr><mml:mtd/><mml:mtd><mml:mrow><mml:mtext>dim</mml:mtext><mml:mo>(</mml:mo><mml:mtext>Full SABRE</mml:mtext><mml:mo>)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:msup><mml:mn mathvariant="normal">4</mml:mn><mml:mi>N</mml:mi></mml:msup><mml:mo>+</mml:mo><mml:msup><mml:mn mathvariant="normal">4</mml:mn><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>,</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd/><mml:mtd><mml:mrow><mml:mtext>dim</mml:mtext><mml:mo>(</mml:mo><mml:mtext>K-SABRE</mml:mtext><mml:mo>)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>(</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn><mml:mi>K</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:msup><mml:mo>)</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msup><mml:mspace width="0.125em" linebreak="nobreak"/><mml:mo mathsize="1.1em">(</mml:mo><mml:msup><mml:mn mathvariant="normal">4</mml:mn><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>P</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>+</mml:mo><mml:msup><mml:mn mathvariant="normal">4</mml:mn><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>P</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo mathsize="1.1em">)</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>

            where <inline-formula><mml:math id="M297" display="inline"><mml:mi>N</mml:mi></mml:math></inline-formula> is the number of substrate spins, <inline-formula><mml:math id="M298" display="inline"><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula> is the number of spins in the complex (see Fig. <xref ref-type="fig" rid="F4"/>), <inline-formula><mml:math id="M299" display="inline"><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>P</mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> is the number of magnetically non-equivalent nuclear spins in the substrate, <inline-formula><mml:math id="M300" display="inline"><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>P</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula> is the number of magnetically non-equivalent nuclear spins in the complex, and <inline-formula><mml:math id="M301" display="inline"><mml:mi>K</mml:mi></mml:math></inline-formula> is the total spin of the group <inline-formula><mml:math id="M302" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>G</mml:mi><mml:mi>P</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> of magnetically equivalent nuclei. In turn, the dimension of the ZQC SABRE matrix of Eq. (<xref ref-type="disp-formula" rid="Ch1.E47"/>) is given by the sum of dimensions of the ZQC subspaces:

              <disp-formula id="Ch1.E49" content-type="numbered"><label>49</label><mml:math id="M303" display="block"><mml:mtable class="split" rowspacing="0.2ex" displaystyle="true" columnalign="right left"><mml:mtr><mml:mtd/><mml:mtd><mml:mrow><mml:mtext>dim</mml:mtext><mml:mo>(</mml:mo><mml:mtext>ZQC SABRE</mml:mtext><mml:mo>)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd/><mml:mtd><mml:mrow><mml:mspace linebreak="nobreak" width="0.33em"/><mml:mspace linebreak="nobreak" width="0.33em"/><mml:munderover><mml:mo movablelimits="false">∑</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>F</mml:mi><mml:mi>z</mml:mi></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>-</mml:mo><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>N</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>P</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo><mml:mo>/</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>K</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>N</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>P</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo><mml:mo>/</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>K</mml:mi></mml:mrow></mml:munderover><mml:msup><mml:mfenced close="}" open="{"><mml:mrow><mml:munderover><mml:mo movablelimits="false">∑</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>m</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>K</mml:mi></mml:mrow><mml:mi>K</mml:mi></mml:munderover><mml:mfenced open="(" close=")"><mml:mfrac linethickness="0"><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>P</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>F</mml:mi><mml:mi>z</mml:mi></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>N</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>P</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo><mml:mo>/</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mi>m</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mfenced></mml:mrow></mml:mfenced><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msup></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd/><mml:mtd><mml:mrow><mml:mspace width="0.33em" linebreak="nobreak"/><mml:mspace width="0.33em" linebreak="nobreak"/><mml:mo>+</mml:mo><mml:munderover><mml:mo movablelimits="false">∑</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>F</mml:mi><mml:mi>z</mml:mi></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>-</mml:mo><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>N</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>P</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo><mml:mo>/</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>K</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>N</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>P</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo><mml:mo>/</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>K</mml:mi></mml:mrow></mml:munderover><mml:msup><mml:mfenced close="}" open="{"><mml:mrow><mml:munderover><mml:mo movablelimits="false">∑</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>m</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>K</mml:mi></mml:mrow><mml:mi>K</mml:mi></mml:munderover><mml:mfenced open="(" close=")"><mml:mfrac linethickness="0"><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>P</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>F</mml:mi><mml:mi>z</mml:mi></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>N</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>P</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo><mml:mo>/</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mi>m</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mfenced></mml:mrow></mml:mfenced><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msup><mml:mo>,</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>

            where we used Eq. (<xref ref-type="disp-formula" rid="Ch1.E28"/>). The dimension of the ZQC-reduced SABRE matrix is significantly smaller than the dimension of the K-SABRE and the full SABRE matrices. The asymptotic behavior at <inline-formula><mml:math id="M304" display="inline"><mml:mrow><mml:msqrt><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>P</mml:mi></mml:mrow></mml:msqrt><mml:mo>≫</mml:mo><mml:mi>K</mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> gives the following result (see Eq. <xref ref-type="disp-formula" rid="Ch1.E48"/> and Appendix <xref ref-type="sec" rid="App1.Ch1.S4"/>):

              <disp-formula id="Ch1.E50" content-type="numbered"><label>50</label><mml:math id="M305" display="block"><mml:mtable rowspacing="0.2ex" class="split" displaystyle="true" columnalign="right left"><mml:mtr><mml:mtd/><mml:mtd><mml:mrow><mml:mtext>dim</mml:mtext><mml:mo>(</mml:mo><mml:mtext>Full SABRE</mml:mtext><mml:mo>)</mml:mo><mml:mo>∼</mml:mo><mml:msup><mml:mn mathvariant="normal">4</mml:mn><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>,</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd/><mml:mtd><mml:mrow><mml:mtext>dim</mml:mtext><mml:mo>(</mml:mo><mml:mtext>K-SABRE</mml:mtext><mml:mo>)</mml:mo><mml:mo>∼</mml:mo><mml:mo>(</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn><mml:mi>K</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:msup><mml:mo>)</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msup><mml:msup><mml:mn mathvariant="normal">4</mml:mn><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>P</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>,</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd/><mml:mtd><mml:mrow><mml:mtext>dim</mml:mtext><mml:mo>(</mml:mo><mml:mtext>ZQC SABRE</mml:mtext><mml:mo>)</mml:mo><mml:mo>∼</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn><mml:mi>K</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:msup><mml:mo>)</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msup></mml:mrow><mml:msqrt><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">π</mml:mi><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>N</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>P</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:msqrt></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:msup><mml:mn mathvariant="normal">4</mml:mn><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>P</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>.</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula></p>
      <p id="d2e11403">Thus, the K-SABRE matrix only uses reduction based on the effective-spin treatment, which allows us to reduce the dimension by the factor <inline-formula><mml:math id="M306" display="inline"><mml:mstyle displaystyle="false"><mml:mfrac style="text"><mml:mrow><mml:msup><mml:mn mathvariant="normal">4</mml:mn><mml:mi>P</mml:mi></mml:msup></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn><mml:mi>K</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:msup><mml:mo>)</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msup></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle></mml:math></inline-formula>. The following application of the ZQC reduction allows us to achieve better asymptotics for large spin systems since the dimension of the matrix is reduced by a greater factor of <inline-formula><mml:math id="M307" display="inline"><mml:mrow><mml:mstyle displaystyle="false"><mml:mfrac style="text"><mml:mrow><mml:mtext>dim</mml:mtext><mml:mo>(</mml:mo><mml:mtext>Full SABRE</mml:mtext><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>dim</mml:mtext><mml:mo>(</mml:mo><mml:mtext>ZQC SABRE</mml:mtext><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mo>=</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="false"><mml:mfrac style="text"><mml:mrow><mml:msqrt><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">π</mml:mi><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>N</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>P</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:msqrt><mml:msup><mml:mn mathvariant="normal">4</mml:mn><mml:mi>P</mml:mi></mml:msup></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn><mml:mi>K</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:msup><mml:mo>)</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msup></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle></mml:mrow></mml:math></inline-formula> <inline-formula><mml:math id="M308" display="inline"><mml:mo>≫</mml:mo></mml:math></inline-formula> 1.</p>
</sec>
</sec>
<sec id="Ch1.S2.SS4">
  <label>2.4</label><title>On the validity of the zero-quantum coherence reduction</title>
      <p id="d2e11518">Our framework with the ZQC reduction is valid if the following conditions are met.</p>
      <p id="d2e11521"><list list-type="order">
            <list-item>

      <p id="d2e11526"><bold>The Hamiltonian</bold></p>

      <p id="d2e11530">The Hamiltonian of the spin system <inline-formula><mml:math id="M309" display="inline"><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mi>H</mml:mi><mml:mo stretchy="false" mathvariant="normal">^</mml:mo></mml:mover><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula> is assumed to commute with the <inline-formula><mml:math id="M310" display="inline"><mml:mi>z</mml:mi></mml:math></inline-formula> projection of the total spin <inline-formula><mml:math id="M311" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mi>F</mml:mi><mml:mo stretchy="false" mathvariant="normal">^</mml:mo></mml:mover><mml:mi>z</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula>. This assumption holds as long as no transverse (<inline-formula><mml:math id="M312" display="inline"><mml:mi>x</mml:mi></mml:math></inline-formula> or <inline-formula><mml:math id="M313" display="inline"><mml:mi>y</mml:mi></mml:math></inline-formula>) radiofrequency (RF) pulses are applied. Consequently, the proposed framework is particularly valuable for low and ultralow fields, where nontrivial spin dynamics occurs “spontaneously”, i.e., in the absence of RF pulses. Specialized state-space reduction techniques are also employed in high-field NMR simulations, notably in the Spinach software framework, which enables large-scale simulations of spin dynamics under arbitrary RF pulse sequences <xref ref-type="bibr" rid="bib1.bibx48 bib1.bibx47 bib1.bibx27" id="paren.31"/>.</p>
            </list-item>
            <list-item>

      <p id="d2e11592"><bold>The relaxation superoperator</bold></p>

      <p id="d2e11596">The relaxation superoperator <inline-formula><mml:math id="M314" display="inline"><mml:mover accent="true"><mml:mover accent="true"><mml:mi mathvariant="bold">Γ</mml:mi><mml:mo stretchy="true" mathvariant="normal">^</mml:mo></mml:mover><mml:mo stretchy="true" mathvariant="normal">^</mml:mo></mml:mover></mml:math></inline-formula> is assumed to commute with <inline-formula><mml:math id="M315" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mover accent="true"><mml:mi mathvariant="bold">F</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="true">^</mml:mo></mml:mover><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="true">^</mml:mo></mml:mover><mml:mi>z</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula>. This approximation is valid for a variety of relevant NMR relaxation mechanisms in the extreme narrowing regime, including dipolar relaxation, chemical shift anisotropy, and their cross-correlations. A possible exception is chemical shift anisotropy in the absence of axial symmetry, which represents a rather uncommon case.</p>
            </list-item>
            <list-item>

      <p id="d2e11632"><bold>The initial condition</bold></p>

      <p id="d2e11636">The initial density matrices of the free substrate, <inline-formula><mml:math id="M316" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mi mathvariant="italic">ρ</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="false">^</mml:mo></mml:mover><mml:mi>S</mml:mi></mml:msub><mml:mo>(</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, and the SABRE complex, <inline-formula><mml:math id="M317" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mi mathvariant="italic">ρ</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="false">^</mml:mo></mml:mover><mml:mi>C</mml:mi></mml:msub><mml:mo>(</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, are assumed to commute with their respective <inline-formula><mml:math id="M318" display="inline"><mml:mi>z</mml:mi></mml:math></inline-formula> projection of total spin operators; i.e., <inline-formula><mml:math id="M319" display="inline"><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mi>F</mml:mi><mml:mo stretchy="false" mathvariant="normal">^</mml:mo></mml:mover><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi><mml:mi>z</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mi mathvariant="italic">ρ</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="false">^</mml:mo></mml:mover><mml:mi>S</mml:mi></mml:msub><mml:mo>(</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn><mml:mo>)</mml:mo><mml:mo>]</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math id="M320" display="inline"><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mi>F</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="false">^</mml:mo></mml:mover><mml:mrow><mml:mi>C</mml:mi><mml:mi>z</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mi mathvariant="italic">ρ</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="false">^</mml:mo></mml:mover><mml:mi>C</mml:mi></mml:msub><mml:mo>(</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn><mml:mo>)</mml:mo><mml:mo>]</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula>. This condition is satisfied for the standard SABRE initial condition given by Eq. (<xref ref-type="disp-formula" rid="Ch1.E43"/>).</p>
            </list-item>
          </list></p>
      <p id="d2e11773">It should be noted that, if only relaxation and coherent evolution are considered without chemical exchange, the dynamics can be reduced onto subspaces with fixed magnetic quantum numbers <inline-formula><mml:math id="M321" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>F</mml:mi><mml:mi>C</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math id="M322" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>F</mml:mi><mml:mi>S</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> without invoking the full ZQC subspaces. Strictly speaking, Eq. (<xref ref-type="disp-formula" rid="Ch1.E46"/>) ensures that the density matrices <inline-formula><mml:math id="M323" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mi mathvariant="italic">ρ</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="false">^</mml:mo></mml:mover><mml:mi>C</mml:mi></mml:msub><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math id="M324" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mi mathvariant="italic">ρ</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="false">^</mml:mo></mml:mover><mml:mi>S</mml:mi></mml:msub><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula> commute with <inline-formula><mml:math id="M325" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mi>F</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="false">^</mml:mo></mml:mover><mml:mrow><mml:mi>C</mml:mi><mml:mi>z</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math id="M326" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mi>F</mml:mi><mml:mo stretchy="false" mathvariant="normal">^</mml:mo></mml:mover><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi><mml:mi>z</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, implying their block-diagonal structure in <inline-formula><mml:math id="M327" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>F</mml:mi><mml:mi>C</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math id="M328" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>F</mml:mi><mml:mi>S</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, respectively. However, the chemical exchange superoperator <inline-formula><mml:math id="M329" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mover accent="true"><mml:mi mathvariant="bold">S</mml:mi><mml:mo stretchy="true" mathvariant="normal">^</mml:mo></mml:mover><mml:mo stretchy="true" mathvariant="normal">^</mml:mo></mml:mover><mml:mrow><mml:msub><mml:mtext>TrH</mml:mtext><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, which describes the decay of correlations between the substrate and hydrides in the complex, couples the subspaces of the free substrate and the complex with different quantum numbers. Consequently, although the density matrices remain block diagonal in magnetic quantum numbers <inline-formula><mml:math id="M330" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>F</mml:mi><mml:mi>C</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math id="M331" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>F</mml:mi><mml:mi>S</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, the SABRE equations themselves are not block diagonal in <inline-formula><mml:math id="M332" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>F</mml:mi><mml:mi>C</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math id="M333" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>F</mml:mi><mml:mi>S</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, meaning that they cannot be reduced to a single block with fixed <inline-formula><mml:math id="M334" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>F</mml:mi><mml:mi>C</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math id="M335" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>F</mml:mi><mml:mi>S</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula>. Therefore, in SABRE, the full ZQC subspaces of the substrate and the complex must be considered.</p>
</sec>
</sec>
<sec id="Ch1.S3">
  <label>3</label><title>Methods</title>
<sec id="Ch1.S3.SS1">
  <label>3.1</label><title>The algorithm for numerical simulations</title>
      <p id="d2e12001">This section summarizes the theoretical framework and outlines the complete algorithm for numerical simulation.</p>
      <p id="d2e12004"><list list-type="order">
            <list-item>

      <p id="d2e12009"><bold>Identify permutation-equivalent spin groups.</bold> Determine the group <inline-formula><mml:math id="M336" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>G</mml:mi><mml:mi>P</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> of magnetically equivalent spin-<inline-formula><mml:math id="M337" display="inline"><mml:mrow><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mo>/</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula> nuclei within the substrate molecule. This typically includes protons in chemically equivalent groups, such as <inline-formula><mml:math id="M338" display="inline"><mml:mrow class="chem"><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">CH</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula> or <inline-formula><mml:math id="M339" display="inline"><mml:mrow class="chem"><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">CH</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">3</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula>. If the molecule contains several distinct sets of magnetically equivalent nuclei, each is treated separately as groups <inline-formula><mml:math id="M340" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>G</mml:mi><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>P</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>G</mml:mi><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>P</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">…</mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, containing <inline-formula><mml:math id="M341" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>P</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>P</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">…</mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> nuclei, respectively.</p>
            </list-item>
            <list-item>

      <p id="d2e12121"><bold>Replace each equivalent group with an effective spin.</bold> Each group <inline-formula><mml:math id="M342" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>G</mml:mi><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>P</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> of magnetically equivalent spins is replaced by a single effective spin <inline-formula><mml:math id="M343" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>K</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, whose quantum number can take values in the range

                  <disp-formula id="Ch1.E51" content-type="numbered"><label>51</label><mml:math id="M344" display="block"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>K</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub><mml:mo>∈</mml:mo><mml:mo>[</mml:mo><mml:msub><mml:mi>K</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mtext>min</mml:mtext></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>P</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub><mml:mo>/</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn><mml:mo>]</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo></mml:mrow></mml:math></disp-formula>

                where <inline-formula><mml:math id="M345" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>K</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mtext>min</mml:mtext></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula> if <inline-formula><mml:math id="M346" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>P</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> is even, and <inline-formula><mml:math id="M347" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>K</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mtext>min</mml:mtext></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mo>/</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula> if <inline-formula><mml:math id="M348" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>P</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> is odd.</p>
            </list-item>
            <list-item>

      <p id="d2e12262"><bold>Construct the effective spin system.</bold> The original system of <inline-formula><mml:math id="M349" display="inline"><mml:mi>N</mml:mi></mml:math></inline-formula> nuclei is thereby reduced to a system consisting of the following: <list list-type="bullet"><list-item>
      <p id="d2e12276">the <inline-formula><mml:math id="M350" display="inline"><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>N</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mi>P</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mi>P</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">…</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula> non-equivalent spin-<inline-formula><mml:math id="M351" display="inline"><mml:mrow><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mo>/</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula> nuclei,</p></list-item><list-item>
      <p id="d2e12322">a single effective spin <inline-formula><mml:math id="M352" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>K</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> (representing group <inline-formula><mml:math id="M353" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>G</mml:mi><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>P</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula>),</p></list-item><list-item>
      <p id="d2e12352">a single effective spin <inline-formula><mml:math id="M354" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>K</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> (representing group <inline-formula><mml:math id="M355" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>G</mml:mi><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>P</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula>), and so on.</p></list-item></list></p>
            </list-item>
            <list-item>

      <p id="d2e12384"><bold>Build the Hamiltonian superoperators for the complex and free substrate.</bold> The Hamiltonian operator for the effective-spin system reads as follows (see Eq. <xref ref-type="disp-formula" rid="Ch1.E10"/>):

                  <disp-formula id="Ch1.E52" content-type="numbered"><label>52</label><mml:math id="M356" display="block"><mml:mtable rowspacing="0.2ex" class="split" displaystyle="true" columnalign="right left"><mml:mtr><mml:mtd/><mml:mtd><mml:mrow><mml:mspace width="0.33em" linebreak="nobreak"/><mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mi>H</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="false">^</mml:mo></mml:mover><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>K</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>K</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">…</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd/><mml:mtd><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mi>B</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn></mml:msub><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo><mml:mfenced open="(" close=")"><mml:mrow><mml:munderover><mml:mo movablelimits="false">∑</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>l</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mi>P</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mi>P</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">…</mml:mi></mml:mrow></mml:munderover><mml:msup><mml:mi mathvariant="italic">γ</mml:mi><mml:mi>l</mml:mi></mml:msup><mml:msubsup><mml:mover accent="true"><mml:mi>I</mml:mi><mml:mo stretchy="false" mathvariant="normal">^</mml:mo></mml:mover><mml:mi>z</mml:mi><mml:mi>l</mml:mi></mml:msubsup><mml:mo>+</mml:mo><mml:msup><mml:mi mathvariant="italic">γ</mml:mi><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>P</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:msup><mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mi>K</mml:mi><mml:mo stretchy="false" mathvariant="normal">^</mml:mo></mml:mover><mml:mrow><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mi>z</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:msup><mml:mi mathvariant="italic">γ</mml:mi><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>P</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:msup><mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mi>K</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="false">^</mml:mo></mml:mover><mml:mrow><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn><mml:mi>z</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">…</mml:mi></mml:mrow></mml:mfenced></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd/><mml:mtd><mml:mrow><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn><mml:mi mathvariant="italic">π</mml:mi><mml:munderover><mml:mo movablelimits="false">∑</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>l</mml:mi><mml:mo>&lt;</mml:mo><mml:mi>m</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mi>P</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mi>P</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">…</mml:mi></mml:mrow></mml:munderover><mml:msup><mml:mi>J</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>l</mml:mi><mml:mi>m</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo mathsize="1.1em">(</mml:mo><mml:msup><mml:mover accent="true"><mml:mi mathvariant="bold">I</mml:mi><mml:mo stretchy="false" mathvariant="normal">^</mml:mo></mml:mover><mml:mi>l</mml:mi></mml:msup><mml:mo>⋅</mml:mo><mml:msup><mml:mover accent="true"><mml:mi mathvariant="bold">I</mml:mi><mml:mo stretchy="false" mathvariant="normal">^</mml:mo></mml:mover><mml:mi>m</mml:mi></mml:msup><mml:mo mathsize="1.1em">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd/><mml:mtd><mml:mrow><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn><mml:mi mathvariant="italic">π</mml:mi><mml:munderover><mml:mo movablelimits="false">∑</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>l</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mi>P</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mi>P</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">…</mml:mi></mml:mrow></mml:munderover><mml:mo mathsize="1.5em">(</mml:mo><mml:msup><mml:mi>J</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>l</mml:mi><mml:msub><mml:mi>G</mml:mi><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>P</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msup><mml:mo mathsize="1.1em">(</mml:mo><mml:msup><mml:mover accent="true"><mml:mi mathvariant="bold">I</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="false">^</mml:mo></mml:mover><mml:mi>l</mml:mi></mml:msup><mml:mo>⋅</mml:mo><mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mi mathvariant="bold">K</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="false">^</mml:mo></mml:mover><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub><mml:mo mathsize="1.1em">)</mml:mo><mml:mo>+</mml:mo><mml:msup><mml:mi>J</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>l</mml:mi><mml:msub><mml:mi>G</mml:mi><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>P</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msup><mml:mo mathsize="1.1em">(</mml:mo><mml:msup><mml:mover accent="true"><mml:mi mathvariant="bold">I</mml:mi><mml:mo stretchy="false" mathvariant="normal">^</mml:mo></mml:mover><mml:mi>l</mml:mi></mml:msup><mml:mo>⋅</mml:mo><mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mi mathvariant="bold">K</mml:mi><mml:mo stretchy="false" mathvariant="normal">^</mml:mo></mml:mover><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub><mml:mo mathsize="1.1em">)</mml:mo><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">…</mml:mi><mml:mo mathsize="1.5em">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd/><mml:mtd><mml:mrow><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn><mml:mi mathvariant="italic">π</mml:mi><mml:mo mathsize="1.5em">(</mml:mo><mml:msup><mml:mi>J</mml:mi><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>G</mml:mi><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>P</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mi>G</mml:mi><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>P</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>(</mml:mo><mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mi mathvariant="bold">K</mml:mi><mml:mo stretchy="false" mathvariant="normal">^</mml:mo></mml:mover><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub><mml:mo>⋅</mml:mo><mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mi mathvariant="bold">K</mml:mi><mml:mo stretchy="false" mathvariant="normal">^</mml:mo></mml:mover><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub><mml:mo>)</mml:mo><mml:mo>+</mml:mo><mml:msup><mml:mi>J</mml:mi><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>G</mml:mi><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>P</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mi>G</mml:mi><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>P</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">3</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>(</mml:mo><mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mi mathvariant="bold">K</mml:mi><mml:mo stretchy="false" mathvariant="normal">^</mml:mo></mml:mover><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub><mml:mo>⋅</mml:mo><mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mi mathvariant="bold">K</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="false">^</mml:mo></mml:mover><mml:mn mathvariant="normal">3</mml:mn></mml:msub><mml:mo>)</mml:mo><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">…</mml:mi><mml:mo mathsize="1.5em">)</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>

                where the sums run over all magnetically non-equivalent spin-<inline-formula><mml:math id="M357" display="inline"><mml:mrow><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mo>/</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula> nuclei, and the remaining terms include the scalar <inline-formula><mml:math id="M358" display="inline"><mml:mi>J</mml:mi></mml:math></inline-formula> couplings within and between the different spin groups of the equivalent nuclei. The Hamiltonian is then mapped to Liouville space as the commutation superoperator; see Eq. (<xref ref-type="disp-formula" rid="Ch1.E19"/>):

                  <disp-formula id="Ch1.E53" content-type="numbered"><label>53</label><mml:math id="M359" display="block"><mml:mtable class="split" rowspacing="0.2ex" displaystyle="true" columnalign="right left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mover accent="true"><mml:mi mathvariant="bold">H</mml:mi><mml:mo stretchy="true" mathvariant="normal">^</mml:mo></mml:mover><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="true">^</mml:mo></mml:mover></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:msub><mml:mi/><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>K</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>K</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">…</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd/><mml:mtd><mml:mrow><mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mi>H</mml:mi><mml:mo stretchy="false" mathvariant="normal">^</mml:mo></mml:mover><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>K</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>K</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">…</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo><mml:mo>⊗</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="false">^</mml:mo></mml:mover><mml:mo>-</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mo stretchy="false" mathvariant="normal">^</mml:mo></mml:mover><mml:mo>⊗</mml:mo><mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mi>H</mml:mi><mml:mo stretchy="false" mathvariant="normal">^</mml:mo></mml:mover><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>K</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>K</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">…</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:msup><mml:mo>)</mml:mo><mml:mo>⊤</mml:mo></mml:msup><mml:mo>,</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>

                where <inline-formula><mml:math id="M360" display="inline"><mml:mover accent="true"><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="false">^</mml:mo></mml:mover></mml:math></inline-formula> is the identity operator, and <inline-formula><mml:math id="M361" display="inline"><mml:mo>⊤</mml:mo></mml:math></inline-formula> denotes the matrix transpose. The same construction is applied separately to the SABRE complex and the free substrate, using their respective spin systems and parameters.</p>
            </list-item>
            <list-item>

      <p id="d2e13032"><bold>Build the relaxation superoperators for the complex and free substrate.</bold> The relaxation superoperator for the effective-spin system is given by (see Eq. <xref ref-type="disp-formula" rid="Ch1.E35"/>)

                  <disp-formula id="Ch1.E54" content-type="numbered"><label>54</label><mml:math id="M362" display="block"><mml:mtable rowspacing="0.2ex" class="split" displaystyle="true" columnalign="right left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mover accent="true"><mml:mi mathvariant="bold">Γ</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="true">^</mml:mo></mml:mover><mml:mo stretchy="true" mathvariant="normal">^</mml:mo></mml:mover><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>K</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>K</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">…</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>-</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:munderover><mml:mo movablelimits="false">∑</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mi>P</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mi>P</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">…</mml:mi></mml:mrow></mml:munderover><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi>T</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mi>n</mml:mi></mml:msubsup></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:munderover><mml:mo movablelimits="false">∑</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>m</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:mrow><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:munderover><mml:mo>(</mml:mo><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:msup><mml:mo>)</mml:mo><mml:mi>m</mml:mi></mml:msup><mml:mspace linebreak="nobreak" width="0.125em"/><mml:msubsup><mml:mover accent="true"><mml:mover accent="true"><mml:mi mathvariant="bold">T</mml:mi><mml:mo stretchy="true" mathvariant="normal">^</mml:mo></mml:mover><mml:mo stretchy="true" mathvariant="normal">^</mml:mo></mml:mover><mml:mrow><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>m</mml:mi></mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:msubsup><mml:msubsup><mml:mover accent="true"><mml:mover accent="true"><mml:mi mathvariant="bold">T</mml:mi><mml:mo stretchy="true" mathvariant="normal">^</mml:mo></mml:mover><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="true">^</mml:mo></mml:mover><mml:mrow><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>m</mml:mi></mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:msubsup></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd/><mml:mtd><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mrow><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn><mml:msubsup><mml:mi>T</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>P</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:munderover><mml:mo movablelimits="false">∑</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>m</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:mrow><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:munderover><mml:mo>(</mml:mo><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:msup><mml:mo>)</mml:mo><mml:mi>m</mml:mi></mml:msup><mml:mspace width="0.125em" linebreak="nobreak"/><mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mover accent="true"><mml:mi mathvariant="bold">T</mml:mi><mml:mo stretchy="true" mathvariant="normal">^</mml:mo></mml:mover><mml:mo stretchy="true" mathvariant="normal">^</mml:mo></mml:mover><mml:mrow><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mo>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>K</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub><mml:mo>)</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>m</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mover accent="true"><mml:mi mathvariant="bold">T</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="true">^</mml:mo></mml:mover><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="true">^</mml:mo></mml:mover><mml:mrow><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mo>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>K</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub><mml:mo>)</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>m</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd/><mml:mtd><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">…</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>

                where the first sum runs over all <inline-formula><mml:math id="M363" display="inline"><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>N</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mi>P</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mi>P</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">…</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula> magnetically non-equivalent spin-<inline-formula><mml:math id="M364" display="inline"><mml:mrow><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mo>/</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula> nuclei, and other terms represent a contribution for a given group of magnetically equivalent spins with longitudinal relaxation time <inline-formula><mml:math id="M365" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>T</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula>. The irreducible spherical superoperators are given by

                  <disp-formula id="Ch1.E55" content-type="numbered"><label>55</label><mml:math id="M366" display="block"><mml:mtable class="split" rowspacing="0.2ex" displaystyle="true" columnalign="right left"><mml:mtr><mml:mtd/><mml:mtd><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mover accent="true"><mml:mover accent="true"><mml:mi mathvariant="bold">T</mml:mi><mml:mo stretchy="true" mathvariant="normal">^</mml:mo></mml:mover><mml:mo stretchy="true" mathvariant="normal">^</mml:mo></mml:mover><mml:mrow><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>m</mml:mi></mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:msubsup><mml:mo>=</mml:mo><mml:msubsup><mml:mover accent="true"><mml:mi>T</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="false">^</mml:mo></mml:mover><mml:mrow><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>m</mml:mi></mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:msubsup><mml:mo>⊗</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mo stretchy="false" mathvariant="normal">^</mml:mo></mml:mover><mml:mo>-</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mo stretchy="false" mathvariant="normal">^</mml:mo></mml:mover><mml:mo>⊗</mml:mo><mml:msubsup><mml:mover accent="true"><mml:mi>T</mml:mi><mml:mo stretchy="false" mathvariant="normal">^</mml:mo></mml:mover><mml:mrow><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>m</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>⊤</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>,</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd/><mml:mtd><mml:mrow><mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mover accent="true"><mml:mi mathvariant="bold">T</mml:mi><mml:mo stretchy="true" mathvariant="normal">^</mml:mo></mml:mover><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="true">^</mml:mo></mml:mover><mml:mrow><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mo>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>K</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub><mml:mo>)</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>m</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mi>T</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="false">^</mml:mo></mml:mover><mml:mrow><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mo>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>K</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub><mml:mo>)</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>m</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>⊗</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="false">^</mml:mo></mml:mover><mml:mo>-</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mo stretchy="false" mathvariant="normal">^</mml:mo></mml:mover><mml:mo>⊗</mml:mo><mml:msubsup><mml:mover accent="true"><mml:mi>T</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="false">^</mml:mo></mml:mover><mml:mrow><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mo>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>K</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub><mml:mo>)</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>m</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>⊤</mml:mo></mml:msubsup><mml:mo>.</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula></p>

      <p id="d2e13539">The corresponding irreducible spherical tensor operators <inline-formula><mml:math id="M367" display="inline"><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mover accent="true"><mml:mi>T</mml:mi><mml:mo stretchy="false" mathvariant="normal">^</mml:mo></mml:mover><mml:mrow><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>m</mml:mi></mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:msubsup></mml:mrow></mml:math></inline-formula> (for a spin-<inline-formula><mml:math id="M368" display="inline"><mml:mrow><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mo>/</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula> nucleus) and <inline-formula><mml:math id="M369" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mi>T</mml:mi><mml:mo stretchy="false" mathvariant="normal">^</mml:mo></mml:mover><mml:mrow><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mo>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>K</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub><mml:mo>)</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>m</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> (for an effective spin <inline-formula><mml:math id="M370" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>K</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula>) are constructed according to the standard definition in Eq. (<xref ref-type="disp-formula" rid="Ch1.E31"/>), using the appropriate spin quantum number (<inline-formula><mml:math id="M371" display="inline"><mml:mrow><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mo>/</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula> or <inline-formula><mml:math id="M372" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>K</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, respectively). This construction is performed independently for the SABRE complex and the free substrate, using their respective spin systems and relaxation times <inline-formula><mml:math id="M373" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>T</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula>.</p>
            </list-item>
            <list-item>

      <p id="d2e13655"><bold>Construct the projected Liouvillians in the zero-quantum coherence subspaces.</bold> The total Liouvillian superoperators for the free substrate (S) and the SABRE complex (C) are constructed by combining the respective Hamiltonian and relaxation superoperators from steps 4 and 5:

                  <disp-formula id="Ch1.E56" content-type="numbered"><label>56</label><mml:math id="M374" display="block"><mml:mrow><mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mover accent="true"><mml:mi mathvariant="bold">L</mml:mi><mml:mo stretchy="true" mathvariant="normal">^</mml:mo></mml:mover><mml:mo stretchy="true" mathvariant="normal">^</mml:mo></mml:mover><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>C</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>i</mml:mi><mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mover accent="true"><mml:mi mathvariant="bold">H</mml:mi><mml:mo stretchy="true" mathvariant="normal">^</mml:mo></mml:mover><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="true">^</mml:mo></mml:mover><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>C</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mover accent="true"><mml:mi mathvariant="bold">Γ</mml:mi><mml:mo stretchy="true" mathvariant="normal">^</mml:mo></mml:mover><mml:mo stretchy="true" mathvariant="normal">^</mml:mo></mml:mover><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>C</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo></mml:mrow></mml:math></disp-formula>

                where <inline-formula><mml:math id="M375" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mover accent="true"><mml:mi mathvariant="bold">H</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="true">^</mml:mo></mml:mover><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="true">^</mml:mo></mml:mover><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>C</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula> is defined by Eq. (<xref ref-type="disp-formula" rid="Ch1.E53"/>) and <inline-formula><mml:math id="M376" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mover accent="true"><mml:mi mathvariant="bold">Γ</mml:mi><mml:mo stretchy="true" mathvariant="normal">^</mml:mo></mml:mover><mml:mo stretchy="true" mathvariant="normal">^</mml:mo></mml:mover><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>C</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> by Eq. (<xref ref-type="disp-formula" rid="Ch1.E54"/>). Following Eq. (<xref ref-type="disp-formula" rid="Ch1.E41"/>), we then form the auxiliary superoperators <inline-formula><mml:math id="M377" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mover accent="true"><mml:mi mathvariant="bold">A</mml:mi><mml:mo stretchy="true" mathvariant="normal">^</mml:mo></mml:mover><mml:mo stretchy="true" mathvariant="normal">^</mml:mo></mml:mover><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>C</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula> for each system. Finally, the superoperators <inline-formula><mml:math id="M378" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mover accent="true"><mml:mi mathvariant="bold">A</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="true">^</mml:mo></mml:mover><mml:mo stretchy="true" mathvariant="normal">^</mml:mo></mml:mover><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>C</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, see Eq. (<xref ref-type="disp-formula" rid="Ch1.E42"/>), are projected onto the zero-quantum coherence (ZQC) subspaces of the free substrate (<inline-formula><mml:math id="M379" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mtext>ZQC</mml:mtext><mml:mi>S</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula>) and the complex (<inline-formula><mml:math id="M380" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mtext>ZQC</mml:mtext><mml:mi>C</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula>), respectively:

                  <disp-formula id="Ch1.E57" content-type="numbered"><label>57</label><mml:math id="M381" display="block"><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mover accent="true"><mml:mover accent="true"><mml:mi mathvariant="bold">A</mml:mi><mml:mo stretchy="true" mathvariant="normal">^</mml:mo></mml:mover><mml:mo stretchy="true" mathvariant="normal">^</mml:mo></mml:mover><mml:mi>S</mml:mi><mml:mtext>ZQC</mml:mtext></mml:msubsup><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfenced open="(" close=")"><mml:mrow><mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mi>s</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="false">^</mml:mo></mml:mover><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub><mml:mfenced close="|" open="|"><mml:mrow><mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mover accent="true"><mml:mi mathvariant="bold">A</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="true">^</mml:mo></mml:mover><mml:mo stretchy="true" mathvariant="normal">^</mml:mo></mml:mover><mml:mi>S</mml:mi></mml:msub><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mfenced><mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mi>s</mml:mi><mml:mo stretchy="false" mathvariant="normal">^</mml:mo></mml:mover><mml:mi>j</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:mfenced><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mi>s</mml:mi><mml:mo stretchy="false" mathvariant="normal">^</mml:mo></mml:mover><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mi>s</mml:mi><mml:mo stretchy="false" mathvariant="normal">^</mml:mo></mml:mover><mml:mi>j</mml:mi></mml:msub><mml:mo>∈</mml:mo><mml:msub><mml:mtext>ZQC</mml:mtext><mml:mi>S</mml:mi></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo></mml:mrow></mml:math></disp-formula>

                where the brackets denote the scalar product in Liouville space, <inline-formula><mml:math id="M382" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mi>s</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="false">^</mml:mo></mml:mover><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> values are the basis operators in the <inline-formula><mml:math id="M383" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mtext>ZQC</mml:mtext><mml:mi>S</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> subspace (see Eq. <xref ref-type="disp-formula" rid="Ch1.E26"/>), and indices <inline-formula><mml:math id="M384" display="inline"><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> run over all possible values in the <inline-formula><mml:math id="M385" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mtext>ZQC</mml:mtext><mml:mi>S</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> subspace. In the same manner, we introduce

                  <disp-formula id="Ch1.E58" content-type="numbered"><label>58</label><mml:math id="M386" display="block"><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mover accent="true"><mml:mover accent="true"><mml:mi mathvariant="bold">A</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="true">^</mml:mo></mml:mover><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="true">^</mml:mo></mml:mover><mml:mi>C</mml:mi><mml:mtext>ZQC</mml:mtext></mml:msubsup><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfenced open="(" close=")"><mml:mrow><mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mi>c</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="false">^</mml:mo></mml:mover><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub><mml:mfenced close="|" open="|"><mml:mrow><mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mover accent="true"><mml:mi mathvariant="bold">A</mml:mi><mml:mo stretchy="true" mathvariant="normal">^</mml:mo></mml:mover><mml:mo stretchy="true" mathvariant="normal">^</mml:mo></mml:mover><mml:mi>C</mml:mi></mml:msub><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mfenced><mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mi>c</mml:mi><mml:mo stretchy="false" mathvariant="normal">^</mml:mo></mml:mover><mml:mi>j</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:mfenced><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mi>c</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="false">^</mml:mo></mml:mover><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mi>c</mml:mi><mml:mo stretchy="false" mathvariant="normal">^</mml:mo></mml:mover><mml:mi>j</mml:mi></mml:msub><mml:mo>∈</mml:mo><mml:msub><mml:mtext>ZQC</mml:mtext><mml:mi>C</mml:mi></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo></mml:mrow></mml:math></disp-formula>

                with <inline-formula><mml:math id="M387" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mi>c</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="false">^</mml:mo></mml:mover><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> being the basis operators in the <inline-formula><mml:math id="M388" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mtext>ZQC</mml:mtext><mml:mi>C</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> subspace.</p>
            </list-item>
            <list-item>

      <p id="d2e14154"><bold>Construct the chemical exchange superoperators.</bold>  The chemical exchange superoperators <inline-formula><mml:math id="M389" display="inline"><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mover accent="true"><mml:mover accent="true"><mml:mi mathvariant="bold">S</mml:mi><mml:mo stretchy="true" mathvariant="normal">^</mml:mo></mml:mover><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="true">^</mml:mo></mml:mover><mml:mrow><mml:msub><mml:mtext>TrH</mml:mtext><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mtext>ZQC</mml:mtext></mml:msubsup></mml:mrow></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math id="M390" display="inline"><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mover accent="true"><mml:mover accent="true"><mml:mi mathvariant="bold">S</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="true">^</mml:mo></mml:mover><mml:mo stretchy="true" mathvariant="normal">^</mml:mo></mml:mover><mml:mtext>Kron</mml:mtext><mml:mtext>ZQC</mml:mtext></mml:msubsup></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, which describe the reversible binding dynamics between the free substrate and the complex, are constructed following the formalism detailed in the supporting information of <xref ref-type="bibr" rid="bib1.bibx42" id="text.32"/>. These exchange superoperators are then projected to act between the previously defined zero-quantum coherence subspaces of the free substrate (<inline-formula><mml:math id="M391" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mtext>ZQC</mml:mtext><mml:mi>S</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula>) and the complex (<inline-formula><mml:math id="M392" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mtext>ZQC</mml:mtext><mml:mi>C</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula>). This yields the following final projected exchange superoperators:

                  <disp-formula id="Ch1.E59" content-type="numbered"><label>59</label><mml:math id="M393" display="block"><mml:mtable rowspacing="0.2ex" class="split" displaystyle="true" columnalign="right left"><mml:mtr><mml:mtd/><mml:mtd><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mover accent="true"><mml:mover accent="true"><mml:mi mathvariant="bold">S</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="true">^</mml:mo></mml:mover><mml:mo stretchy="true" mathvariant="normal">^</mml:mo></mml:mover><mml:mrow><mml:msub><mml:mtext>TrH</mml:mtext><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mtext>ZQC</mml:mtext></mml:msubsup><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfenced open="(" close=")"><mml:mrow><mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mi>s</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="false">^</mml:mo></mml:mover><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub><mml:mfenced open="|" close="|"><mml:mrow><mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mover accent="true"><mml:mi mathvariant="bold">S</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="true">^</mml:mo></mml:mover><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="true">^</mml:mo></mml:mover><mml:mrow><mml:msub><mml:mtext>TrH</mml:mtext><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mfenced><mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mi>c</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="false">^</mml:mo></mml:mover><mml:mi>j</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:mfenced><mml:mo>,</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd/><mml:mtd><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mover accent="true"><mml:mover accent="true"><mml:mi mathvariant="bold">S</mml:mi><mml:mo stretchy="true" mathvariant="normal">^</mml:mo></mml:mover><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="true">^</mml:mo></mml:mover><mml:mtext>Kron</mml:mtext><mml:mtext>ZQC</mml:mtext></mml:msubsup><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfenced open="(" close=")"><mml:mrow><mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mi>c</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="false">^</mml:mo></mml:mover><mml:mi>j</mml:mi></mml:msub><mml:mfenced open="|" close="|"><mml:mrow><mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mover accent="true"><mml:mi mathvariant="bold">S</mml:mi><mml:mo stretchy="true" mathvariant="normal">^</mml:mo></mml:mover><mml:mo stretchy="true" mathvariant="normal">^</mml:mo></mml:mover><mml:mtext>Kron</mml:mtext></mml:msub></mml:mrow></mml:mfenced><mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mi>s</mml:mi><mml:mo stretchy="false" mathvariant="normal">^</mml:mo></mml:mover><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:mfenced><mml:mo>,</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd/><mml:mtd><mml:mrow><mml:mtext>with </mml:mtext><mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mi>s</mml:mi><mml:mo stretchy="false" mathvariant="normal">^</mml:mo></mml:mover><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub><mml:mo>∈</mml:mo><mml:msub><mml:mtext>ZQC</mml:mtext><mml:mi>S</mml:mi></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mi>c</mml:mi><mml:mo stretchy="false" mathvariant="normal">^</mml:mo></mml:mover><mml:mi>j</mml:mi></mml:msub><mml:mo>∈</mml:mo><mml:msub><mml:mtext>ZQC</mml:mtext><mml:mi>C</mml:mi></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>

                where the basis operators of the ZQC subspaces, <inline-formula><mml:math id="M394" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mi>s</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="false">^</mml:mo></mml:mover><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mi>c</mml:mi><mml:mo stretchy="false" mathvariant="normal">^</mml:mo></mml:mover><mml:mi>j</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, are introduced in Eqs. (<xref ref-type="disp-formula" rid="Ch1.E57"/>) and (<xref ref-type="disp-formula" rid="Ch1.E58"/>). These superoperators correctly couple the reduced-dimensionality state representations of the two chemical species.</p>
            </list-item>
            <list-item>

      <p id="d2e14416"><bold>Build and solve the SABRE master equation in the ZQC subspaces.</bold> The time-dependent master equation, Eq. (<xref ref-type="disp-formula" rid="Ch1.E47"/>), is then solved by numerical integration, using the constructed ZQC SABRE matrix and appropriate initial conditions; see Eq. (<xref ref-type="disp-formula" rid="Ch1.E43"/>). The solution yields the time-evolving density matrices of the free substrate and the complex, confined to their respective ZQC subspaces: <inline-formula><mml:math id="M395" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mi mathvariant="italic">ρ</mml:mi><mml:mo stretchy="false" mathvariant="normal">^</mml:mo></mml:mover><mml:mi>S</mml:mi></mml:msub><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo><mml:mo>∈</mml:mo><mml:msub><mml:mtext>ZQC</mml:mtext><mml:mi>S</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, <inline-formula><mml:math id="M396" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mi mathvariant="italic">ρ</mml:mi><mml:mo stretchy="false" mathvariant="normal">^</mml:mo></mml:mover><mml:mi>C</mml:mi></mml:msub><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo><mml:mo>∈</mml:mo><mml:msub><mml:mtext>ZQC</mml:mtext><mml:mi>C</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula>. A key feature of this representation is that all matrix elements of the density matrices outside these subspaces are identically zero.</p>
            </list-item>
            <list-item>

      <p id="d2e14482"><bold>Calculate the physical observables.</bold> The primary quantities of interest are the expectation values of spin operators for the free substrate. These are calculated using the reduced density matrix <inline-formula><mml:math id="M397" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mi mathvariant="italic">ρ</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="false">^</mml:mo></mml:mover><mml:mi>S</mml:mi></mml:msub><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula> obtained in step 8. More precisely, for a given set of effective high-spin quantum numbers <inline-formula><mml:math id="M398" display="inline"><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>K</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>K</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">…</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, we operate with the corresponding density matrix <inline-formula><mml:math id="M399" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mi mathvariant="italic">ρ</mml:mi><mml:mo stretchy="false" mathvariant="normal">^</mml:mo></mml:mover><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>S</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>K</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>K</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">…</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula>. The expectation value of an observable operator <inline-formula><mml:math id="M400" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mi>O</mml:mi><mml:mo stretchy="false" mathvariant="normal">^</mml:mo></mml:mover><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>K</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>K</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">…</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> (e.g., magnetization along a specific axis) is computed as

                  <disp-formula id="Ch1.E60" content-type="numbered"><label>60</label><mml:math id="M401" display="block"><mml:mrow><mml:mo>〈</mml:mo><mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mi>O</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="false">^</mml:mo></mml:mover><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>K</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>K</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">…</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>〉</mml:mo><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mrow><mml:mtext>Tr</mml:mtext><mml:mo mathvariant="italic" mathsize="1.1em">{</mml:mo><mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mi>O</mml:mi><mml:mo stretchy="false" mathvariant="normal">^</mml:mo></mml:mover><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>K</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>K</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">…</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>⋅</mml:mo><mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mi mathvariant="italic">ρ</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="false">^</mml:mo></mml:mover><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>K</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>K</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">…</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo><mml:mo mathsize="1.1em" mathvariant="italic">}</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>Tr</mml:mtext><mml:mfenced open="{" close="}"><mml:mrow><mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mi mathvariant="italic">ρ</mml:mi><mml:mo stretchy="false" mathvariant="normal">^</mml:mo></mml:mover><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>K</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>K</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">…</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mfenced></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mo>,</mml:mo></mml:mrow></mml:math></disp-formula>

                where the trace is taken over the Hilbert space of the free substrate's spin system. The effective-spin description represents a statistical mixture of different total spin states for each group of magnetically equivalent nuclei. Therefore, the final, physically observable <inline-formula><mml:math id="M402" display="inline"><mml:mover accent="true"><mml:mi>O</mml:mi><mml:mo stretchy="false" mathvariant="normal">^</mml:mo></mml:mover></mml:math></inline-formula> expectation value is obtained by summing the results from Eq. (<xref ref-type="disp-formula" rid="Ch1.E60"/>) over all possible combinations <inline-formula><mml:math id="M403" display="inline"><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>K</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>K</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">…</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, weighted by their respective statistical weights:

                  <disp-formula id="Ch1.E61" content-type="numbered"><label>61</label><mml:math id="M404" display="block"><mml:mrow><mml:mo>〈</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mi>O</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="false">^</mml:mo></mml:mover><mml:mo>〉</mml:mo><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:munder><mml:mo movablelimits="false">∑</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>K</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>K</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">…</mml:mi></mml:mrow></mml:munder><mml:msub><mml:mi>g</mml:mi><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>K</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>K</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">…</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mspace width="0.125em" linebreak="nobreak"/><mml:mo>〈</mml:mo><mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mi>O</mml:mi><mml:mo stretchy="false" mathvariant="normal">^</mml:mo></mml:mover><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>K</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>K</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">…</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>〉</mml:mo><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo></mml:mrow></mml:math></disp-formula>

                where the total statistical weights are defined as <inline-formula><mml:math id="M405" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>g</mml:mi><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>K</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>K</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">…</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mi>g</mml:mi><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>K</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>⋅</mml:mo><mml:msub><mml:mi>g</mml:mi><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>K</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">⋯</mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula>. The individual factors <inline-formula><mml:math id="M406" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>g</mml:mi><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>K</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> for a group of <inline-formula><mml:math id="M407" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>P</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> magnetically equivalent spin-<inline-formula><mml:math id="M408" display="inline"><mml:mrow><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mo>/</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula> nuclei are defined by Eqs. (<xref ref-type="disp-formula" rid="Ch1.E3"/>) and (<xref ref-type="disp-formula" rid="Ch1.E7"/>).</p>
            </list-item>
          </list></p>
</sec>
<sec id="Ch1.S3.SS2">
  <label>3.2</label><title>Computational resources</title>
      <p id="d2e14999">All numerical simulations and matrix manipulations were performed using the in-house Python code. The calculations were executed on a standard desktop workstation with the following specifications: CPU 2 <inline-formula><mml:math id="M409" display="inline"><mml:mo>×</mml:mo></mml:math></inline-formula> Intel Xeon E5-2620 v3 at 2.40 GHz (12 cores, 24 threads) and RAM 256 GB DDR4.</p>
      <p id="d2e15009">The most memory-intensive step of our calculations was the storage of the ZQC SABRE matrix in the compressed sparse row (CSR) format for a system of <inline-formula><mml:math id="M410" display="inline"><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">14</mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula> nuclear spins, represented by a matrix of dimension <inline-formula><mml:math id="M411" display="inline"><mml:mrow><mml:mo>∼</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">3.3</mml:mn><mml:mo>×</mml:mo><mml:msup><mml:mn mathvariant="normal">10</mml:mn><mml:mn mathvariant="normal">6</mml:mn></mml:msup><mml:mo>×</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">3.3</mml:mn><mml:mo>×</mml:mo><mml:msup><mml:mn mathvariant="normal">10</mml:mn><mml:mn mathvariant="normal">6</mml:mn></mml:msup></mml:mrow></mml:math></inline-formula>. This required approximately 7 GB of RAM. The total computation time per magnetic field with this spin system was about 3.5 h. The total computation time of the ZULF SABRE spectrum was about 100 h.</p>
      <p id="d2e15052">All scalar <inline-formula><mml:math id="M412" display="inline"><mml:mi>J</mml:mi></mml:math></inline-formula>-coupling constants and longitudinal <inline-formula><mml:math id="M413" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>T</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula>-relaxation times used in the simulations are provided in Appendix <xref ref-type="sec" rid="App1.Ch1.S5"/>. In all cases, we considered the complex to be a single substrate molecule and two hydride ligands.</p>
</sec>
</sec>
<sec id="Ch1.S4">
  <label>4</label><title>Results and discussion</title>
      <p id="d2e15084">This section validates the ZQC subspace reduction method for computationally tractable, small spin systems by demonstrating that it yields results identical to those of the full, exact calculation while providing a dramatic speedup (<inline-formula><mml:math id="M414" display="inline"><mml:mrow><mml:mo>∼</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">30</mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula>–50 fold). This rigorous benchmark establishes the accuracy of the reduction. Furthermore, for a system of fully non-equivalent spins (representing the worst-case scenario for the reduction), the dimension of the Liouville space matrices is reduced by a factor of <inline-formula><mml:math id="M415" display="inline"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">O</mml:mi><mml:mo>(</mml:mo><mml:msqrt><mml:mi>N</mml:mi></mml:msqrt><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, and the computational time is reduced by a factor of <inline-formula><mml:math id="M416" display="inline"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">O</mml:mi><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>N</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula> compared to full Liouville space simulations, where <inline-formula><mml:math id="M417" display="inline"><mml:mi>N</mml:mi></mml:math></inline-formula> is the number of substrate spins, underscoring the scalability of the proposed approach.</p>
      <p id="d2e15133">For the large spin systems, where full simulations are computationally prohibitive, the validated ZQC method becomes an essential tool. Its performance gain unlocks the modeling of multi-spin systems, as illustrated in Fig. <xref ref-type="fig" rid="F5"/>: panel A shows the zero-to-ultralow field (ZULF) SABRE experimental protocol, while panel B presents the two studied substrates: the small system ([<inline-formula><mml:math id="M418" display="inline"><mml:mrow class="chem"><mml:msup><mml:mi/><mml:mn mathvariant="normal">15</mml:mn></mml:msup><mml:mi mathvariant="normal">N</mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula>,<inline-formula><mml:math id="M419" display="inline"><mml:mrow class="chem"><mml:msup><mml:mi/><mml:mn mathvariant="normal">13</mml:mn></mml:msup><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">C</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula>]acetonitrile, 6 spins) and the large system ([<inline-formula><mml:math id="M420" display="inline"><mml:mrow class="chem"><mml:msup><mml:mi/><mml:mn mathvariant="normal">15</mml:mn></mml:msup><mml:mi mathvariant="normal">N</mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula>,<inline-formula><mml:math id="M421" display="inline"><mml:mrow class="chem"><mml:msup><mml:mi/><mml:mn mathvariant="normal">13</mml:mn></mml:msup><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">C</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">4</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula>]butyronitrile, 12 spins).</p>

      <fig id="F5"><label>Figure 5</label><caption><p id="d2e15194">Schematic of the ZULF SABRE experiment and molecular systems. <bold>(A)</bold> The two-stage zero-to-ultralow field (ZULF) SABRE protocol: (1) polarization generation at a magnetic field <inline-formula><mml:math id="M422" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>B</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn></mml:msub><mml:mo>∼</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula> <inline-formula><mml:math id="M423" display="inline"><mml:mrow class="unit"><mml:mi mathvariant="normal">µ</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">T</mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> for a duration <inline-formula><mml:math id="M424" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>t</mml:mi><mml:mtext>pol</mml:mtext></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> and (2) ZULF NMR signal detection during the interval <inline-formula><mml:math id="M425" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>t</mml:mi><mml:mtext>ZULF</mml:mtext></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> at a residual near-zero field <inline-formula><mml:math id="M426" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>B</mml:mi><mml:mtext>ZULF</mml:mtext></mml:msub><mml:mo>∼</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">0.01</mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula> <inline-formula><mml:math id="M427" display="inline"><mml:mrow class="unit"><mml:mi mathvariant="normal">µ</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">T</mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula>. The ZULF NMR signal is obtained via Fourier transform of ZULF free induction decay (ZULF FID). Parahydrogen bubbling is maintained continuously throughout both stages. <bold>(B)</bold> Chemical structures of the isotopically labeled substrates used in the simulations: [<inline-formula><mml:math id="M428" display="inline"><mml:mrow class="chem"><mml:msup><mml:mi/><mml:mn mathvariant="normal">15</mml:mn></mml:msup><mml:mi mathvariant="normal">N</mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula>,<inline-formula><mml:math id="M429" display="inline"><mml:mrow class="chem"><mml:msup><mml:mi/><mml:mn mathvariant="normal">13</mml:mn></mml:msup><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">C</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula>]acetonitrile (6 spins) and [<inline-formula><mml:math id="M430" display="inline"><mml:mrow class="chem"><mml:msup><mml:mi/><mml:mn mathvariant="normal">15</mml:mn></mml:msup><mml:mi mathvariant="normal">N</mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula>,<inline-formula><mml:math id="M431" display="inline"><mml:mrow class="chem"><mml:msup><mml:mi/><mml:mn mathvariant="normal">13</mml:mn></mml:msup><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">C</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">4</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula>]butyronitrile (12 spins). The numbers in parentheses indicate the total number of spin-<inline-formula><mml:math id="M432" display="inline"><mml:mrow><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mo>/</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula> nuclei in each system.</p></caption>
        <graphic xlink:href="https://mr.copernicus.org/articles/7/53/2026/mr-7-53-2026-f05.png"/>

      </fig>

      <p id="d2e15350">Using this approach, we address two central aspects of ZULF SABRE (see Fig. <xref ref-type="fig" rid="F5"/>A): (1) calculating the magnetic field dependence of hyperpolarization to identify the optimal polarization field <inline-formula><mml:math id="M433" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>B</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> and (2) simulating the resulting ZULF NMR spectra for direct comparison with the experiment.</p>
<sec id="Ch1.S4.SS1">
  <label>4.1</label><title>Validation of the ZQC reduction method: [<inline-formula><mml:math id="M434" display="inline"><mml:mrow class="chem"><mml:msup><mml:mi/><mml:mn mathvariant="normal">15</mml:mn></mml:msup><mml:mi mathvariant="normal">N</mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula>,<inline-formula><mml:math id="M435" display="inline"><mml:mrow class="chem"><mml:msup><mml:mi/><mml:mn mathvariant="normal">13</mml:mn></mml:msup><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">C</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula>]acetonitrile</title>
      <p id="d2e15401">The [<inline-formula><mml:math id="M436" display="inline"><mml:mrow class="chem"><mml:msup><mml:mi/><mml:mn mathvariant="normal">15</mml:mn></mml:msup><mml:mi mathvariant="normal">N</mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula>,<inline-formula><mml:math id="M437" display="inline"><mml:mrow class="chem"><mml:msup><mml:mi/><mml:mn mathvariant="normal">13</mml:mn></mml:msup><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">C</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula>]acetonitrile molecule constitutes a relatively small spin system (6 spins in the substrate, 8 spins in the SABRE complex), allowing for a direct numerical benchmark between the exact, unreduced calculation and the ZQC reduction approach.</p>
      <p id="d2e15431">First, we simulated the first stage of the ZULF SABRE experiment (Fig. <xref ref-type="fig" rid="F5"/>A), the magnetic field dependence of the polarization in [<inline-formula><mml:math id="M438" display="inline"><mml:mrow class="chem"><mml:msup><mml:mi/><mml:mn mathvariant="normal">15</mml:mn></mml:msup><mml:mi mathvariant="normal">N</mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula>,<inline-formula><mml:math id="M439" display="inline"><mml:mrow class="chem"><mml:msup><mml:mi/><mml:mn mathvariant="normal">13</mml:mn></mml:msup><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">C</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula>]acetonitrile, by varying the polarization field <inline-formula><mml:math id="M440" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>B</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> over a range of microtesla values. We specifically calculated the net polarization of each nucleus, corresponding to the observable operator <inline-formula><mml:math id="M441" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mi>I</mml:mi><mml:mo stretchy="false" mathvariant="normal">^</mml:mo></mml:mover><mml:mi>z</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula>. The resulting magnetic field dependences for the different nuclei of acetonitrile are presented in Fig. <xref ref-type="fig" rid="F6"/>: 1-<inline-formula><mml:math id="M442" display="inline"><mml:mrow class="chem"><mml:msup><mml:mi/><mml:mn mathvariant="normal">15</mml:mn></mml:msup><mml:mi mathvariant="normal">N</mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> (Fig. <xref ref-type="fig" rid="F6"/>A), 2-<inline-formula><mml:math id="M443" display="inline"><mml:mrow class="chem"><mml:msup><mml:mi/><mml:mn mathvariant="normal">13</mml:mn></mml:msup><mml:mi mathvariant="normal">C</mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> (Fig. <xref ref-type="fig" rid="F6"/>B), 3-<inline-formula><mml:math id="M444" display="inline"><mml:mrow class="chem"><mml:msup><mml:mi/><mml:mn mathvariant="normal">13</mml:mn></mml:msup><mml:mi mathvariant="normal">C</mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> (Fig. <xref ref-type="fig" rid="F6"/>C), and the methyl protons (Fig. <xref ref-type="fig" rid="F6"/>D).</p>
      <p id="d2e15536">For each nucleus, the ZQC-reduced calculation was performed for two fixed effective spin states of the three equivalent protons in the <inline-formula><mml:math id="M445" display="inline"><mml:mrow class="chem"><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">CH</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">3</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> group: <inline-formula><mml:math id="M446" display="inline"><mml:mrow><mml:mi>K</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mo>/</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula> (top row) and <inline-formula><mml:math id="M447" display="inline"><mml:mrow><mml:mi>K</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">3</mml:mn><mml:mo>/</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula> (middle row). The final, physically observable dependence (bottom row) was obtained by statistically averaging these two results with equal weights, <inline-formula><mml:math id="M448" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>g</mml:mi><mml:mrow><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mo>/</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mi>g</mml:mi><mml:mrow><mml:mn mathvariant="normal">3</mml:mn><mml:mo>/</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mo>/</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, as prescribed by Eqs. (<xref ref-type="disp-formula" rid="Ch1.E3"/>), (<xref ref-type="disp-formula" rid="Ch1.E7"/>), and (<xref ref-type="disp-formula" rid="Ch1.E61"/>). For validation, the results of the exact, full SABRE matrix calculation (without any reduction) are included in the bottom row of Fig. <xref ref-type="fig" rid="F6"/> as dashed lines. They are virtually indistinguishable from the results obtained with the ZQC reduction, demonstrating a negligible relative numerical residual of the order of <inline-formula><mml:math id="M449" display="inline"><mml:mrow><mml:msup><mml:mn mathvariant="normal">10</mml:mn><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">5</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:math></inline-formula>.</p>

      <fig id="F6" specific-use="star"><label>Figure 6</label><caption><p id="d2e15646">Magnetic field dependence of the hyperpolarization in free [<inline-formula><mml:math id="M450" display="inline"><mml:mrow class="chem"><mml:msup><mml:mi/><mml:mn mathvariant="normal">15</mml:mn></mml:msup><mml:mi mathvariant="normal">N</mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula>,<inline-formula><mml:math id="M451" display="inline"><mml:mrow class="chem"><mml:msup><mml:mi/><mml:mn mathvariant="normal">13</mml:mn></mml:msup><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">C</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula>]acetonitrile computed via the ZQC reduction method. The panels correspond to <bold>(A)</bold> 1-<inline-formula><mml:math id="M452" display="inline"><mml:mrow class="chem"><mml:msup><mml:mi/><mml:mn mathvariant="normal">15</mml:mn></mml:msup><mml:mi mathvariant="normal">N</mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, <bold>(B)</bold> 2-<inline-formula><mml:math id="M453" display="inline"><mml:mrow class="chem"><mml:msup><mml:mi/><mml:mn mathvariant="normal">13</mml:mn></mml:msup><mml:mi mathvariant="normal">C</mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, <bold>(C)</bold> 3-<inline-formula><mml:math id="M454" display="inline"><mml:mrow class="chem"><mml:msup><mml:mi/><mml:mn mathvariant="normal">13</mml:mn></mml:msup><mml:mi mathvariant="normal">C</mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, and <bold>(D)</bold> <inline-formula><mml:math id="M455" display="inline"><mml:mrow class="chem"><mml:msup><mml:mi/><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msup><mml:mi mathvariant="normal">H</mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> nuclei. For each nucleus, results are shown for three representations of the methyl (<inline-formula><mml:math id="M456" display="inline"><mml:mrow class="chem"><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">CH</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">3</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula>) group: top row – fixed effective spin <inline-formula><mml:math id="M457" display="inline"><mml:mrow><mml:mi>K</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mo>/</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula> for the three equivalent protons, middle row – fixed effective spin <inline-formula><mml:math id="M458" display="inline"><mml:mrow><mml:mi>K</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">3</mml:mn><mml:mo>/</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, and bottom row – weighted statistical average over <inline-formula><mml:math id="M459" display="inline"><mml:mrow><mml:mi>K</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mo>/</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math id="M460" display="inline"><mml:mrow><mml:mi>K</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">3</mml:mn><mml:mo>/</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula> states with  weights <inline-formula><mml:math id="M461" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>g</mml:mi><mml:mrow><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mo>/</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mi>g</mml:mi><mml:mrow><mml:mn mathvariant="normal">3</mml:mn><mml:mo>/</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mo>/</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula>. In the bottom-row panel, the dashed white lines show the result of the exact, full Liouville space calculation (without any reduction) for the complete spin system, while the solid lines correspond to the ZQC-reduced calculation. The simulation parameters are the dissociation rate constant <inline-formula><mml:math id="M462" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>k</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">d</mml:mi></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">10</mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula> <inline-formula><mml:math id="M463" display="inline"><mml:mrow class="unit"><mml:msup><mml:mi mathvariant="normal">s</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, catalyst to substrate ratio <inline-formula><mml:math id="M464" display="inline"><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mi>C</mml:mi><mml:mo>]</mml:mo><mml:mo>/</mml:mo><mml:mo>[</mml:mo><mml:mi>S</mml:mi><mml:mo>]</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">0.1</mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, and polarization time <inline-formula><mml:math id="M465" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>t</mml:mi><mml:mtext>pol</mml:mtext></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula> s.</p></caption>
          <graphic xlink:href="https://mr.copernicus.org/articles/7/53/2026/mr-7-53-2026-f06.png"/>

        </fig>

      <p id="d2e15924">Crucially, a direct benchmark comparison of the different computational approaches is summarized in Table <xref ref-type="table" rid="T1"/>. The ZQC reduction method achieves a 34-fold reduction in computation time compared to the full calculation. For reference, Table <xref ref-type="table" rid="T1"/> also includes the intermediate case using only effective-spin reduction (without ZQC projection), which provides a smaller, 6-fold speedup. Notably, the observed speedup roughly scales with the ratio of the matrix dimensions, confirming that the ZQC projection effectively reduces the computational cost in proportion to the reduced size of the Liouville space block.</p>

<table-wrap id="T1"><label>Table 1</label><caption><p id="d2e15934">Computation times per magnetic field point for three approaches: (1) the full SABRE matrix, (2) the SABRE matrix with effective-spin reduction of the equivalent nuclei in the methyl or methylene groups (denoted as the K-SABRE matrix), and (3) the ZQC-reduced SABRE matrix (denoted by boldface).</p></caption><oasis:table frame="topbot"><oasis:tgroup cols="3">
     <oasis:colspec colnum="1" colname="col1" align="left"/>
     <oasis:colspec colnum="2" colname="col2" align="right"/>
     <oasis:colspec colnum="3" colname="col3" align="right"/>
     <oasis:thead>
       <oasis:row rowsep="1">
         <oasis:entry colname="col1">Matrix type</oasis:entry>
         <oasis:entry colname="col2">Maximum dimension<sup>a</sup></oasis:entry>
         <oasis:entry colname="col3">Computation time</oasis:entry>
       </oasis:row>
     </oasis:thead>
     <oasis:tbody>
       <oasis:row>
         <oasis:entry colname="col1">Full SABRE</oasis:entry>
         <oasis:entry colname="col2">69 632</oasis:entry>
         <oasis:entry colname="col3">54 s</oasis:entry>
       </oasis:row>
       <oasis:row>
         <oasis:entry colname="col1">K-SABRE</oasis:entry>
         <oasis:entry colname="col2">17 408</oasis:entry>
         <oasis:entry colname="col3">9 s</oasis:entry>
       </oasis:row>
       <oasis:row>
         <oasis:entry colname="col1"><bold>ZQC SABRE</bold></oasis:entry>
         <oasis:entry colname="col2"><bold>3034</bold></oasis:entry>
         <oasis:entry colname="col3"><bold>1.6 s</bold></oasis:entry>
       </oasis:row>
       <oasis:row rowsep="1">
         <oasis:entry namest="col1" nameend="col3" align="center"><inline-formula><mml:math id="M479" display="inline"><mml:mrow><mml:msup><mml:mo>[</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">15</mml:mn></mml:msup><mml:mtext>N</mml:mtext><mml:msup><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">13</mml:mn></mml:msup><mml:msub><mml:mtext>C</mml:mtext><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula>acetonitrile <inline-formula><mml:math id="M480" display="inline"><mml:mo>+</mml:mo></mml:math></inline-formula> H<sub>2</sub>:  8 spins<sup>b</sup></oasis:entry>
       </oasis:row>
       <oasis:row>
         <oasis:entry colname="col1">Full SABRE</oasis:entry>
         <oasis:entry colname="col2"><inline-formula><mml:math id="M483" display="inline"><mml:mrow><mml:mn mathvariant="normal">2.9</mml:mn><mml:mo>×</mml:mo><mml:msup><mml:mn mathvariant="normal">10</mml:mn><mml:mn mathvariant="normal">8</mml:mn></mml:msup></mml:mrow></mml:math></inline-formula></oasis:entry>
         <oasis:entry colname="col3"><inline-formula><mml:math id="M484" display="inline"><mml:mrow><mml:mo>∼</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">300</mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula> h</oasis:entry>
       </oasis:row>
       <oasis:row>
         <oasis:entry colname="col1">K-SABRE</oasis:entry>
         <oasis:entry colname="col2"><inline-formula><mml:math id="M485" display="inline"><mml:mrow><mml:mn mathvariant="normal">2.3</mml:mn><mml:mo>×</mml:mo><mml:msup><mml:mn mathvariant="normal">10</mml:mn><mml:mn mathvariant="normal">7</mml:mn></mml:msup></mml:mrow></mml:math></inline-formula></oasis:entry>
         <oasis:entry colname="col3"><inline-formula><mml:math id="M486" display="inline"><mml:mrow><mml:mo>∼</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">24</mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula> h</oasis:entry>
       </oasis:row>
       <oasis:row>
         <oasis:entry colname="col1"><bold>ZQC SABRE</bold></oasis:entry>
         <oasis:entry colname="col2"><inline-formula><mml:math id="M487" display="inline"><mml:mrow><mml:mn mathvariant="bold">3.3</mml:mn><mml:mo mathvariant="bold">×</mml:mo><mml:msup><mml:mn mathvariant="bold">10</mml:mn><mml:mn mathvariant="bold">6</mml:mn></mml:msup></mml:mrow></mml:math></inline-formula></oasis:entry>
         <oasis:entry colname="col3"><bold>3.5 h</bold></oasis:entry>
       </oasis:row>
       <oasis:row>
         <oasis:entry namest="col1" nameend="col3" align="center"><inline-formula><mml:math id="M488" display="inline"><mml:mrow><mml:msup><mml:mo>[</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">15</mml:mn></mml:msup><mml:mtext>N</mml:mtext><mml:msup><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">13</mml:mn></mml:msup><mml:msub><mml:mtext>C</mml:mtext><mml:mn mathvariant="normal">4</mml:mn></mml:msub><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula>butyronitrile <inline-formula><mml:math id="M489" display="inline"><mml:mo>+</mml:mo></mml:math></inline-formula> H<sub>2</sub>: 14 spins<sup>c</sup></oasis:entry>
       </oasis:row>
     </oasis:tbody>
   </oasis:tgroup></oasis:table><table-wrap-foot><p id="d2e15937"><sup>a</sup> The maximum dimension is the largest matrix size for the system, corresponding to the highest possible effective spins of the equivalent groups: <inline-formula><mml:math id="M467" display="inline"><mml:mrow><mml:mi>K</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">3</mml:mn><mml:mo>/</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula> (<inline-formula><mml:math id="M468" display="inline"><mml:mrow class="chem"><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">CH</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">3</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula>) for acetonitrile and <inline-formula><mml:math id="M469" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>K</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, <inline-formula><mml:math id="M470" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>K</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, and <inline-formula><mml:math id="M471" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>K</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">3</mml:mn></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">3</mml:mn><mml:mo>/</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula> (two <inline-formula><mml:math id="M472" display="inline"><mml:mrow class="chem"><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">CH</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> and one <inline-formula><mml:math id="M473" display="inline"><mml:mrow class="chem"><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">CH</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">3</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula>) for butyronitrile.<sup>b</sup> For the 8-spin system, the ZQC SABRE matrix reduces the computation time <inline-formula><mml:math id="M475" display="inline"><mml:mo>∼</mml:mo></mml:math></inline-formula> 34-fold.<sup>c</sup> For the 14-spin system, the ZQC SABRE matrix reduces the computation time <inline-formula><mml:math id="M477" display="inline"><mml:mo>∼</mml:mo></mml:math></inline-formula> 86-fold.</p></table-wrap-foot></table-wrap>

      <p id="d2e16362">The obtained magnetic field dependences exhibit broad profiles (extending up to <inline-formula><mml:math id="M492" display="inline"><mml:mrow><mml:mo>∼</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">3</mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula> <inline-formula><mml:math id="M493" display="inline"><mml:mrow class="unit"><mml:mi mathvariant="normal">µ</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">T</mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula>) and a complex structure featuring multiple extrema and sign changes. This nontrivial behavior stems from the coherent interplay of several types of nuclei (<inline-formula><mml:math id="M494" display="inline"><mml:mrow class="chem"><mml:msup><mml:mi/><mml:mn mathvariant="normal">15</mml:mn></mml:msup><mml:mi mathvariant="normal">N</mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, <inline-formula><mml:math id="M495" display="inline"><mml:mrow class="chem"><mml:msup><mml:mi/><mml:mn mathvariant="normal">13</mml:mn></mml:msup><mml:mi mathvariant="normal">C</mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, <inline-formula><mml:math id="M496" display="inline"><mml:mrow class="chem"><mml:msup><mml:mi/><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msup><mml:mi mathvariant="normal">H</mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula>) within the molecule, coupled through the network of scalar interactions. Motivated by this nontrivial magnetic field dependence, we extended the simulations to a broader range (up to <inline-formula><mml:math id="M497" display="inline"><mml:mn mathvariant="normal">10</mml:mn></mml:math></inline-formula> <inline-formula><mml:math id="M498" display="inline"><mml:mrow class="unit"><mml:mi mathvariant="normal">µ</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">T</mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula>) and examined the effect of the dissociation rate constant <inline-formula><mml:math id="M499" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>k</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">d</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula>. The resulting two-dimensional maps of hyperpolarization are shown in Fig. <xref ref-type="fig" rid="F7"/> for each nucleus: 1-<inline-formula><mml:math id="M500" display="inline"><mml:mrow class="chem"><mml:msup><mml:mi/><mml:mn mathvariant="normal">15</mml:mn></mml:msup><mml:mi mathvariant="normal">N</mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> (Fig. <xref ref-type="fig" rid="F7"/>A),  2-<inline-formula><mml:math id="M501" display="inline"><mml:mrow class="chem"><mml:msup><mml:mi/><mml:mn mathvariant="normal">13</mml:mn></mml:msup><mml:mi mathvariant="normal">C</mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> (Fig. <xref ref-type="fig" rid="F7"/>B), 3-<inline-formula><mml:math id="M502" display="inline"><mml:mrow class="chem"><mml:msup><mml:mi/><mml:mn mathvariant="normal">13</mml:mn></mml:msup><mml:mi mathvariant="normal">C</mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> (Fig. <xref ref-type="fig" rid="F7"/>C), and the methyl protons (Fig. <xref ref-type="fig" rid="F7"/>D). Critically, the ZQC reduction renders such two-dimensional scans computationally feasible, requiring only <inline-formula><mml:math id="M503" display="inline"><mml:mrow><mml:mo>∼</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula> h despite the complexity of the simulated system, which includes 8 magnetic nuclei in the SABRE complex. Thus, the maximum polarization for all nuclei occurs at approximately <inline-formula><mml:math id="M504" display="inline"><mml:mn mathvariant="normal">0.5</mml:mn></mml:math></inline-formula> <inline-formula><mml:math id="M505" display="inline"><mml:mrow class="unit"><mml:mi mathvariant="normal">µ</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">T</mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> across the entire range of dissociation rates <inline-formula><mml:math id="M506" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>k</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">d</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula>. Beyond this common optimum, several distinct features emerge: (1) the width of the 1-<inline-formula><mml:math id="M507" display="inline"><mml:mrow class="chem"><mml:msup><mml:mi/><mml:mn mathvariant="normal">15</mml:mn></mml:msup><mml:mi mathvariant="normal">N</mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> polarization profile increases systematically with <inline-formula><mml:math id="M508" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>k</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">d</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> (see Fig. <xref ref-type="fig" rid="F7"/>A), (2) the 2-<inline-formula><mml:math id="M509" display="inline"><mml:mrow class="chem"><mml:msup><mml:mi/><mml:mn mathvariant="normal">13</mml:mn></mml:msup><mml:mi mathvariant="normal">C</mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> nucleus exhibits two extrema – a primary positive maximum near <inline-formula><mml:math id="M510" display="inline"><mml:mn mathvariant="normal">0.5</mml:mn></mml:math></inline-formula> <inline-formula><mml:math id="M511" display="inline"><mml:mrow class="unit"><mml:mi mathvariant="normal">µ</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">T</mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> and a secondary negative extremum at higher fields (2–3 <inline-formula><mml:math id="M512" display="inline"><mml:mrow class="unit"><mml:mi mathvariant="normal">µ</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">T</mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula>) (see Fig. <xref ref-type="fig" rid="F7"/>B), and (3) the 3-<inline-formula><mml:math id="M513" display="inline"><mml:mrow class="chem"><mml:msup><mml:mi/><mml:mn mathvariant="normal">13</mml:mn></mml:msup><mml:mi mathvariant="normal">C</mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> nucleus displays an unusually complex and broad profile with multiple extrema persisting up to <inline-formula><mml:math id="M514" display="inline"><mml:mn mathvariant="normal">10</mml:mn></mml:math></inline-formula> <inline-formula><mml:math id="M515" display="inline"><mml:mrow class="unit"><mml:mi mathvariant="normal">µ</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">T</mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula>. This pronounced multi-peak structure is non-typical in SABRE and directly reflects the intricate network of heteronuclear couplings within the multi-spin molecule.</p>

      <fig id="F7"><label>Figure 7</label><caption><p id="d2e16635">Two-dimensional dependence of the hyperpolarization in free [<inline-formula><mml:math id="M516" display="inline"><mml:mrow class="chem"><mml:msup><mml:mi/><mml:mn mathvariant="normal">15</mml:mn></mml:msup><mml:mi mathvariant="normal">N</mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula>,<inline-formula><mml:math id="M517" display="inline"><mml:mrow class="chem"><mml:msup><mml:mi/><mml:mn mathvariant="normal">13</mml:mn></mml:msup><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">C</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula>]acetonitrile on the dissociation rate constant <inline-formula><mml:math id="M518" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>k</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">d</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> and the polarization transfer field <inline-formula><mml:math id="M519" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>B</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, computed via the ZQC reduction method. The panels correspond to <bold>(A)</bold> 1-<inline-formula><mml:math id="M520" display="inline"><mml:mrow class="chem"><mml:msup><mml:mi/><mml:mn mathvariant="normal">15</mml:mn></mml:msup><mml:mi mathvariant="normal">N</mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, <bold>(B)</bold> 2-<inline-formula><mml:math id="M521" display="inline"><mml:mrow class="chem"><mml:msup><mml:mi/><mml:mn mathvariant="normal">13</mml:mn></mml:msup><mml:mi mathvariant="normal">C</mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, <bold>(C)</bold> 3-<inline-formula><mml:math id="M522" display="inline"><mml:mrow class="chem"><mml:msup><mml:mi/><mml:mn mathvariant="normal">13</mml:mn></mml:msup><mml:mi mathvariant="normal">C</mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, and <bold>(D)</bold> <inline-formula><mml:math id="M523" display="inline"><mml:mrow class="chem"><mml:msup><mml:mi/><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msup><mml:mi mathvariant="normal">H</mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> nuclei. The simulation parameters are catalyst to substrate ratio <inline-formula><mml:math id="M524" display="inline"><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mi>C</mml:mi><mml:mo>]</mml:mo><mml:mo>/</mml:mo><mml:mo>[</mml:mo><mml:mi>S</mml:mi><mml:mo>]</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">0.1</mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula> and polarization time <inline-formula><mml:math id="M525" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>t</mml:mi><mml:mtext>pol</mml:mtext></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula> s.</p></caption>
          <graphic xlink:href="https://mr.copernicus.org/articles/7/53/2026/mr-7-53-2026-f07.png"/>

        </fig>

      <p id="d2e16795">As the next step, we simulated the complete ZULF SABRE spectrum using the optimized two-stage protocol: (1) pre-polarization at the optimal field <inline-formula><mml:math id="M526" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>B</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">0.5</mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula> <inline-formula><mml:math id="M527" display="inline"><mml:mrow class="unit"><mml:mi mathvariant="normal">µ</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">T</mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> (identified above), followed by (2) ZULF FID signal detection at a near-zero field <inline-formula><mml:math id="M528" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>B</mml:mi><mml:mtext>ZULF</mml:mtext></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">0.01</mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula> <inline-formula><mml:math id="M529" display="inline"><mml:mrow class="unit"><mml:mi mathvariant="normal">µ</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">T</mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula>. The detected ZULF signal is proportional to the total <inline-formula><mml:math id="M530" display="inline"><mml:mi>z</mml:mi></mml:math></inline-formula> magnetization of all nuclei, represented by the operator

            <disp-formula id="Ch1.E62" content-type="numbered"><label>62</label><mml:math id="M531" display="block"><mml:mrow><mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mi>O</mml:mi><mml:mo stretchy="false" mathvariant="normal">^</mml:mo></mml:mover><mml:mtext>ZULF</mml:mtext></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:munder><mml:mo movablelimits="false">∑</mml:mo><mml:mi>l</mml:mi></mml:munder><mml:msup><mml:mi mathvariant="italic">γ</mml:mi><mml:mi>l</mml:mi></mml:msup><mml:msubsup><mml:mover accent="true"><mml:mi>I</mml:mi><mml:mo stretchy="false" mathvariant="normal">^</mml:mo></mml:mover><mml:mi>z</mml:mi><mml:mi>l</mml:mi></mml:msubsup><mml:mo>,</mml:mo></mml:mrow></mml:math></disp-formula>

          where the sum runs over all spins in the substrate. A detailed procedure for simulating such ZULF NMR spectra is described in <xref ref-type="bibr" rid="bib1.bibx88" id="text.33"/>. In brief, we computed the time-dependent expectation value <inline-formula><mml:math id="M532" display="inline"><mml:mrow><mml:mo>〈</mml:mo><mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mi>O</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="false">^</mml:mo></mml:mover><mml:mtext>ZULF</mml:mtext></mml:msub><mml:mo>〉</mml:mo><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, see Eqs. (<xref ref-type="disp-formula" rid="Ch1.E60"/>) and (<xref ref-type="disp-formula" rid="Ch1.E61"/>), and then obtained the frequency-domain spectrum via a standard Fourier transform.</p>
      <p id="d2e16925">The resulting simulated ZULF SABRE spectrum of free [<inline-formula><mml:math id="M533" display="inline"><mml:mrow class="chem"><mml:msup><mml:mi/><mml:mn mathvariant="normal">15</mml:mn></mml:msup><mml:mi mathvariant="normal">N</mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula>,<inline-formula><mml:math id="M534" display="inline"><mml:mrow class="chem"><mml:msup><mml:mi/><mml:mn mathvariant="normal">13</mml:mn></mml:msup><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">C</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula>]acetonitrile is shown in Fig. <xref ref-type="fig" rid="F8"/>. The solid line shows the spectrum obtained with the ZQC reduction method, while the dashed line corresponds to the exact, full calculation without any reduction. The two curves are visually indistinguishable, with a negligible relative numerical difference of the order of <inline-formula><mml:math id="M535" display="inline"><mml:mrow><mml:msup><mml:mn mathvariant="normal">10</mml:mn><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">5</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, providing a final validation of the accuracy of the ZQC approach. The computational speedup in this case is <inline-formula><mml:math id="M536" display="inline"><mml:mrow><mml:mo>∼</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">54</mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula>-fold with the ZQC reduction.</p>

      <fig id="F8"><label>Figure 8</label><caption><p id="d2e16983">Simulated ZULF SABRE spectrum of free <inline-formula><mml:math id="M537" display="inline"><mml:mrow><mml:msup><mml:mo>[</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">15</mml:mn></mml:msup><mml:mtext>N</mml:mtext><mml:msup><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">13</mml:mn></mml:msup><mml:msub><mml:mtext>C</mml:mtext><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula>acetonitrile. The right part of the spectrum is multiplied by a factor of 8. The dashed line shows the result of the exact, full-space calculation (without ZQC or effective spin reduction) for the complete 6-spin system. The solid line corresponds to the spectrum obtained via the ZQC reduction method with effective spin treatment. The vertical dashed lines mark the characteristic spectral frequencies of acetonitrile. The high-frequency domain at <inline-formula><mml:math id="M538" display="inline"><mml:mrow><mml:msup><mml:mi/><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msup><mml:msub><mml:mi>J</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">CH</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> <inline-formula><mml:math id="M539" display="inline"><mml:mo>=</mml:mo></mml:math></inline-formula> 136 Hz and <inline-formula><mml:math id="M540" display="inline"><mml:mrow><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn><mml:msup><mml:mo>×</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msup><mml:msub><mml:mi>J</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">CH</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> <inline-formula><mml:math id="M541" display="inline"><mml:mo>=</mml:mo></mml:math></inline-formula> 272 Hz and the low-frequency domain at <inline-formula><mml:math id="M542" display="inline"><mml:mrow><mml:msup><mml:mi/><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msup><mml:msub><mml:mi>J</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">CN</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, <inline-formula><mml:math id="M543" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">ν</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="false"><mml:mfrac style="text"><mml:mn mathvariant="normal">5</mml:mn><mml:mn mathvariant="normal">8</mml:mn></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mfenced close=")" open="("><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>J</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">CC</mml:mi></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">3</mml:mn><mml:msup><mml:mo>×</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msup><mml:msub><mml:mi>J</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">CH</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:mfenced></mml:mrow></mml:math></inline-formula> <inline-formula><mml:math id="M544" display="inline"><mml:mo>=</mml:mo></mml:math></inline-formula> 19.4 Hz, <inline-formula><mml:math id="M545" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">ν</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="false"><mml:mfrac style="text"><mml:mn mathvariant="normal">3</mml:mn><mml:mn mathvariant="normal">4</mml:mn></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mfenced close=")" open="("><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>J</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">CC</mml:mi></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:msup><mml:mi/><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msup><mml:msub><mml:mi>J</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">CH</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:mfenced></mml:mrow></mml:math></inline-formula> <inline-formula><mml:math id="M546" display="inline"><mml:mo>=</mml:mo></mml:math></inline-formula> 36.8 Hz, and <inline-formula><mml:math id="M547" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">ν</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">3</mml:mn></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="false"><mml:mfrac style="text"><mml:mn mathvariant="normal">3</mml:mn><mml:mn mathvariant="normal">8</mml:mn></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mfenced close=")" open="("><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>J</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">CC</mml:mi></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">5</mml:mn><mml:msup><mml:mo>×</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msup><mml:msub><mml:mi>J</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">CH</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:mfenced></mml:mrow></mml:math></inline-formula> <inline-formula><mml:math id="M548" display="inline"><mml:mo>=</mml:mo></mml:math></inline-formula> 38.7 Hz. The simulation parameters are polarization field <inline-formula><mml:math id="M549" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>B</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> <inline-formula><mml:math id="M550" display="inline"><mml:mo>=</mml:mo></mml:math></inline-formula> 0.5 <inline-formula><mml:math id="M551" display="inline"><mml:mrow class="unit"><mml:mi mathvariant="normal">µ</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">T</mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, detection field <inline-formula><mml:math id="M552" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>B</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">ZULF</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> <inline-formula><mml:math id="M553" display="inline"><mml:mo>=</mml:mo></mml:math></inline-formula> 0.01 <inline-formula><mml:math id="M554" display="inline"><mml:mrow class="unit"><mml:mi mathvariant="normal">µ</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">T</mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, polarization time <inline-formula><mml:math id="M555" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>t</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">pol</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> <inline-formula><mml:math id="M556" display="inline"><mml:mo>=</mml:mo></mml:math></inline-formula> 10 s, acquisition time <inline-formula><mml:math id="M557" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>t</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">ZULF</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> <inline-formula><mml:math id="M558" display="inline"><mml:mo>=</mml:mo></mml:math></inline-formula> 5 s, dissociation rate constant <inline-formula><mml:math id="M559" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>k</mml:mi><mml:mi>d</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> <inline-formula><mml:math id="M560" display="inline"><mml:mo>=</mml:mo></mml:math></inline-formula> 100 s<sup>−1</sup>, and catalyst to substrate ratio <inline-formula><mml:math id="M562" display="inline"><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mi>C</mml:mi><mml:mo>]</mml:mo><mml:mo>/</mml:mo><mml:mo>[</mml:mo><mml:mi>S</mml:mi><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula> <inline-formula><mml:math id="M563" display="inline"><mml:mo>=</mml:mo></mml:math></inline-formula> 0.1. The computation times were 1415 s for the full matrix and 26 s for the ZQC-reduced matrix, demonstrating a <inline-formula><mml:math id="M564" display="inline"><mml:mo>∼</mml:mo></mml:math></inline-formula> 54-fold speedup.</p></caption>
          <graphic xlink:href="https://mr.copernicus.org/articles/7/53/2026/mr-7-53-2026-f08.png"/>

        </fig>

      <p id="d2e17377">The simulated ZULF NMR spectrum exhibits characteristic fingerprints of different scalar couplings in acetonitrile. A fully analytical description of the spectrum is nontrivial; however, qualitative insight can be obtained by considering the <inline-formula><mml:math id="M565" display="inline"><mml:mrow class="chem"><mml:msup><mml:mi/><mml:mn mathvariant="normal">13</mml:mn></mml:msup><mml:mi mathvariant="normal">C</mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula>–<inline-formula><mml:math id="M566" display="inline"><mml:mrow class="chem"><mml:msup><mml:mi/><mml:mn mathvariant="normal">13</mml:mn></mml:msup><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">CH</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">3</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> moiety as an effective B(XA<sub>3</sub>) spin system, as analyzed previously <xref ref-type="bibr" rid="bib1.bibx8" id="paren.34"/>. Within this simplified picture, prominent high-frequency features are expected near the couplings <inline-formula><mml:math id="M568" display="inline"><mml:mrow><mml:msup><mml:mi/><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msup><mml:msub><mml:mi>J</mml:mi><mml:mrow class="chem"><mml:mi mathvariant="normal">CH</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">136</mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula> Hz and <inline-formula><mml:math id="M569" display="inline"><mml:mrow><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn><mml:msup><mml:mo>×</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msup><mml:msub><mml:mi>J</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">CH</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> <inline-formula><mml:math id="M570" display="inline"><mml:mo>=</mml:mo></mml:math></inline-formula> 272 Hz (see Appendix E for the <inline-formula><mml:math id="M571" display="inline"><mml:mi>J</mml:mi></mml:math></inline-formula> couplings). In addition, several low-frequency transitions are predicted in the first-order perturbation theory at <inline-formula><mml:math id="M572" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">ν</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="false"><mml:mfrac style="text"><mml:mn mathvariant="normal">5</mml:mn><mml:mn mathvariant="normal">8</mml:mn></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mfenced close=")" open="("><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>J</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">CC</mml:mi></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">3</mml:mn><mml:msup><mml:mo>×</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msup><mml:msub><mml:mi>J</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">CH</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:mfenced></mml:mrow></mml:math></inline-formula> <inline-formula><mml:math id="M573" display="inline"><mml:mo>=</mml:mo></mml:math></inline-formula> 19.4 Hz, <inline-formula><mml:math id="M574" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">ν</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="false"><mml:mfrac style="text"><mml:mn mathvariant="normal">3</mml:mn><mml:mn mathvariant="normal">4</mml:mn></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mfenced open="(" close=")"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>J</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">CC</mml:mi></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:msup><mml:mi/><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msup><mml:msub><mml:mi>J</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">CH</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:mfenced></mml:mrow></mml:math></inline-formula> <inline-formula><mml:math id="M575" display="inline"><mml:mo>=</mml:mo></mml:math></inline-formula> 36.8 Hz, and <inline-formula><mml:math id="M576" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">ν</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">3</mml:mn></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="false"><mml:mfrac style="text"><mml:mn mathvariant="normal">3</mml:mn><mml:mn mathvariant="normal">8</mml:mn></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mfenced open="(" close=")"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>J</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">CC</mml:mi></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">5</mml:mn><mml:msup><mml:mo>×</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msup><mml:msub><mml:mi>J</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">CH</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:mfenced></mml:mrow></mml:math></inline-formula> <inline-formula><mml:math id="M577" display="inline"><mml:mo>=</mml:mo></mml:math></inline-formula> 38.7 Hz. The inclusion of the <inline-formula><mml:math id="M578" display="inline"><mml:mrow class="chem"><mml:msup><mml:mi/><mml:mn mathvariant="normal">15</mml:mn></mml:msup><mml:mi mathvariant="normal">N</mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> nucleus, which is coupled to <inline-formula><mml:math id="M579" display="inline"><mml:mrow class="chem"><mml:msup><mml:mi/><mml:mn mathvariant="normal">13</mml:mn></mml:msup><mml:mi mathvariant="normal">C</mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> via the scalar coupling <inline-formula><mml:math id="M580" display="inline"><mml:mrow><mml:msup><mml:mi/><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msup><mml:msub><mml:mi>J</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">CN</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> <inline-formula><mml:math id="M581" display="inline"><mml:mo>=</mml:mo></mml:math></inline-formula> <inline-formula><mml:math id="M582" display="inline"><mml:mo>-</mml:mo></mml:math></inline-formula>18 Hz, calls for a more detailed analysis beyond the reduced-spin model considered above. Although additional transitions arise upon inclusion of <inline-formula><mml:math id="M583" display="inline"><mml:mrow class="chem"><mml:msup><mml:mi/><mml:mn mathvariant="normal">15</mml:mn></mml:msup><mml:mi mathvariant="normal">N</mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, the overall spectral structure remains in qualitative agreement with the simplified description. We note that a ZULF NMR spectrum of [<inline-formula><mml:math id="M584" display="inline"><mml:mrow class="chem"><mml:msup><mml:mi/><mml:mn mathvariant="normal">15</mml:mn></mml:msup><mml:mi mathvariant="normal">N</mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula>,<inline-formula><mml:math id="M585" display="inline"><mml:mrow class="chem"><mml:msup><mml:mi/><mml:mn mathvariant="normal">13</mml:mn></mml:msup><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">C</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula>]acetonitrile with thermal pre-polarization at <inline-formula><mml:math id="M586" display="inline"><mml:mn mathvariant="normal">1.8</mml:mn></mml:math></inline-formula> T has been reported previously in <xref ref-type="bibr" rid="bib1.bibx50" id="text.35"/>. In contrast to the thermal case, the relative line intensities in the SABRE-enhanced ZULF spectrum differ substantially, reflecting the non-Boltzmann spin orders generated via SABRE.</p>
</sec>
<sec id="Ch1.S4.SS2">
  <label>4.2</label><title>Simulation of a large spin ensemble: [<sup>15</sup>N,<sup>13</sup>C<sub>4</sub>butyronitrile]</title>
      <p id="d2e17751">[<inline-formula><mml:math id="M590" display="inline"><mml:mrow class="chem"><mml:msup><mml:mi/><mml:mn mathvariant="normal">15</mml:mn></mml:msup><mml:mi mathvariant="normal">N</mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula>,<inline-formula><mml:math id="M591" display="inline"><mml:mrow class="chem"><mml:msup><mml:mi/><mml:mn mathvariant="normal">13</mml:mn></mml:msup><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">C</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">4</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula>]butyronitrile provides a representative example of a multi-spin system comprising 12 magnetically active nuclei so that the corresponding SABRE complex contains a total of 14 spins. Direct simulations of such systems rapidly become computationally demanding on a standard desktop computer. As shown in Table <xref ref-type="table" rid="T1"/>, the computation time required for a single magnetic field point is approximately 300 h for the full Liouville space treatment and about 24 h when only the effective-spin reduction is applied, resulting in impractically long simulation times. The use of the ZQC reduction decreases the dimensionality of the problem by a factor of <inline-formula><mml:math id="M592" display="inline"><mml:mrow><mml:mo>∼</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">88</mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula> (Table <xref ref-type="table" rid="T1"/>), reducing the computation time to approximately 3.5 h per field point and enabling systematic simulations of such multi-spin SABRE systems. Importantly, in our treatment we considered the <inline-formula><mml:math id="M593" display="inline"><mml:mrow class="chem"><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">CH</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math id="M594" display="inline"><mml:mrow class="chem"><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">CH</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">3</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> groups of butyronitrile as the corresponding effective spins and then averaged the results with different statistical weights shown in Table <xref ref-type="table" rid="T2"/>.</p>

<table-wrap id="T2"><label>Table 2</label><caption><p id="d2e17829">Effective-spin configurations of the <inline-formula><mml:math id="M595" display="inline"><mml:mrow class="chem"><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">CH</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math id="M596" display="inline"><mml:mrow class="chem"><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">CH</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">3</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> groups of [<inline-formula><mml:math id="M597" display="inline"><mml:mrow class="chem"><mml:msup><mml:mi/><mml:mn mathvariant="normal">15</mml:mn></mml:msup><mml:mi mathvariant="normal">N</mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula>–<inline-formula><mml:math id="M598" display="inline"><mml:mrow class="chem"><mml:msup><mml:mi/><mml:mn mathvariant="normal">13</mml:mn></mml:msup><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">C</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">4</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula>]butyronitrile and their corresponding statistical weights.</p></caption><oasis:table frame="topbot"><oasis:tgroup cols="2">
     <oasis:colspec colnum="1" colname="col1" align="left"/>
     <oasis:colspec colnum="2" colname="col2" align="right"/>
     <oasis:thead>
       <oasis:row rowsep="1">
         <oasis:entry colname="col1">Effective-spin configuration</oasis:entry>
         <oasis:entry colname="col2"><inline-formula><mml:math id="M599" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>g</mml:mi><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>K</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>K</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>K</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">3</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula></oasis:entry>
       </oasis:row>
     </oasis:thead>
     <oasis:tbody>
       <oasis:row>
         <oasis:entry colname="col1"><inline-formula><mml:math id="M600" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>K</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>K</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>K</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">3</mml:mn></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="false"><mml:mfrac style="text"><mml:mn mathvariant="normal">3</mml:mn><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:mfrac></mml:mstyle></mml:mrow></mml:math></inline-formula></oasis:entry>
         <oasis:entry colname="col2"><inline-formula><mml:math id="M601" display="inline"><mml:mstyle displaystyle="false"><mml:mfrac style="text"><mml:mn mathvariant="normal">36</mml:mn><mml:mn mathvariant="normal">128</mml:mn></mml:mfrac></mml:mstyle></mml:math></inline-formula></oasis:entry>
       </oasis:row>
       <oasis:row>
         <oasis:entry colname="col1"><inline-formula><mml:math id="M602" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>K</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>K</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>K</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">3</mml:mn></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="false"><mml:mfrac style="text"><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:mfrac></mml:mstyle></mml:mrow></mml:math></inline-formula></oasis:entry>
         <oasis:entry colname="col2"><inline-formula><mml:math id="M603" display="inline"><mml:mstyle displaystyle="false"><mml:mfrac style="text"><mml:mn mathvariant="normal">36</mml:mn><mml:mn mathvariant="normal">128</mml:mn></mml:mfrac></mml:mstyle></mml:math></inline-formula></oasis:entry>
       </oasis:row>
       <oasis:row>
         <oasis:entry colname="col1"><inline-formula><mml:math id="M604" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>K</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>K</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>K</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">3</mml:mn></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="false"><mml:mfrac style="text"><mml:mn mathvariant="normal">3</mml:mn><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:mfrac></mml:mstyle></mml:mrow></mml:math></inline-formula></oasis:entry>
         <oasis:entry colname="col2"><inline-formula><mml:math id="M605" display="inline"><mml:mstyle displaystyle="false"><mml:mfrac style="text"><mml:mn mathvariant="normal">12</mml:mn><mml:mn mathvariant="normal">128</mml:mn></mml:mfrac></mml:mstyle></mml:math></inline-formula></oasis:entry>
       </oasis:row>
       <oasis:row>
         <oasis:entry colname="col1"><inline-formula><mml:math id="M606" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>K</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>K</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>K</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">3</mml:mn></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="false"><mml:mfrac style="text"><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:mfrac></mml:mstyle></mml:mrow></mml:math></inline-formula></oasis:entry>
         <oasis:entry colname="col2"><inline-formula><mml:math id="M607" display="inline"><mml:mstyle displaystyle="false"><mml:mfrac style="text"><mml:mn mathvariant="normal">12</mml:mn><mml:mn mathvariant="normal">128</mml:mn></mml:mfrac></mml:mstyle></mml:math></inline-formula></oasis:entry>
       </oasis:row>
       <oasis:row>
         <oasis:entry colname="col1"><inline-formula><mml:math id="M608" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>K</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>K</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>K</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">3</mml:mn></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="false"><mml:mfrac style="text"><mml:mn mathvariant="normal">3</mml:mn><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:mfrac></mml:mstyle></mml:mrow></mml:math></inline-formula></oasis:entry>
         <oasis:entry colname="col2"><inline-formula><mml:math id="M609" display="inline"><mml:mstyle displaystyle="false"><mml:mfrac style="text"><mml:mn mathvariant="normal">12</mml:mn><mml:mn mathvariant="normal">128</mml:mn></mml:mfrac></mml:mstyle></mml:math></inline-formula></oasis:entry>
       </oasis:row>
       <oasis:row>
         <oasis:entry colname="col1"><inline-formula><mml:math id="M610" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>K</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>K</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>K</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">3</mml:mn></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="false"><mml:mfrac style="text"><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:mfrac></mml:mstyle></mml:mrow></mml:math></inline-formula></oasis:entry>
         <oasis:entry colname="col2"><inline-formula><mml:math id="M611" display="inline"><mml:mstyle displaystyle="false"><mml:mfrac style="text"><mml:mn mathvariant="normal">12</mml:mn><mml:mn mathvariant="normal">128</mml:mn></mml:mfrac></mml:mstyle></mml:math></inline-formula></oasis:entry>
       </oasis:row>
       <oasis:row>
         <oasis:entry colname="col1"><inline-formula><mml:math id="M612" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>K</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>K</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>K</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">3</mml:mn></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="false"><mml:mfrac style="text"><mml:mn mathvariant="normal">3</mml:mn><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:mfrac></mml:mstyle></mml:mrow></mml:math></inline-formula></oasis:entry>
         <oasis:entry colname="col2"><inline-formula><mml:math id="M613" display="inline"><mml:mstyle displaystyle="false"><mml:mfrac style="text"><mml:mn mathvariant="normal">4</mml:mn><mml:mn mathvariant="normal">128</mml:mn></mml:mfrac></mml:mstyle></mml:math></inline-formula></oasis:entry>
       </oasis:row>
       <oasis:row>
         <oasis:entry colname="col1"><inline-formula><mml:math id="M614" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>K</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>K</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>K</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">3</mml:mn></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="false"><mml:mfrac style="text"><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:mfrac></mml:mstyle></mml:mrow></mml:math></inline-formula></oasis:entry>
         <oasis:entry colname="col2"><inline-formula><mml:math id="M615" display="inline"><mml:mstyle displaystyle="false"><mml:mfrac style="text"><mml:mn mathvariant="normal">4</mml:mn><mml:mn mathvariant="normal">128</mml:mn></mml:mfrac></mml:mstyle></mml:math></inline-formula></oasis:entry>
       </oasis:row>
     </oasis:tbody>
   </oasis:tgroup></oasis:table></table-wrap>

      <p id="d2e18395">We first calculated the magnetic field dependences of the <inline-formula><mml:math id="M616" display="inline"><mml:mrow class="chem"><mml:msup><mml:mi/><mml:mn mathvariant="normal">15</mml:mn></mml:msup><mml:mi mathvariant="normal">N</mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math id="M617" display="inline"><mml:mrow class="chem"><mml:msup><mml:mi/><mml:mn mathvariant="normal">13</mml:mn></mml:msup><mml:mi mathvariant="normal">C</mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> polarization during the pre-polarization stage of the ZULF SABRE experiment, as shown in Fig. <xref ref-type="fig" rid="F9"/>A and B, respectively. The simulated results capture the main qualitative features: (1) there is a very broad dependence of the 1-<inline-formula><mml:math id="M618" display="inline"><mml:mrow class="chem"><mml:msup><mml:mi/><mml:mn mathvariant="normal">15</mml:mn></mml:msup><mml:mi mathvariant="normal">N</mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> polarization on the pre-polarization field <inline-formula><mml:math id="M619" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>B</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, extending up to <inline-formula><mml:math id="M620" display="inline"><mml:mrow><mml:mo>∼</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula> <inline-formula><mml:math id="M621" display="inline"><mml:mrow class="unit"><mml:mi mathvariant="normal">µ</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">T</mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, reflecting the complexity of the underlying multi-spin system, and (2) the polarization levels of the different <inline-formula><mml:math id="M622" display="inline"><mml:mrow class="chem"><mml:msup><mml:mi/><mml:mn mathvariant="normal">13</mml:mn></mml:msup><mml:mi mathvariant="normal">C</mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> sites decrease along the chain. Importantly, our calculations can incorporate the actual sweeping profile of the magnetic field ramp, which is essential for capturing adiabatic effects, although doing so will increase the computational time. It should also be noted that the 3-<inline-formula><mml:math id="M623" display="inline"><mml:mrow class="chem"><mml:msup><mml:mi/><mml:mn mathvariant="normal">13</mml:mn></mml:msup><mml:mi mathvariant="normal">C</mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> and 4-<inline-formula><mml:math id="M624" display="inline"><mml:mrow class="chem"><mml:msup><mml:mi/><mml:mn mathvariant="normal">13</mml:mn></mml:msup><mml:mi mathvariant="normal">C</mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> sites are close to chemical equivalence; i.e. the difference in their chemical shifts is smaller than their <inline-formula><mml:math id="M625" display="inline"><mml:mi>J</mml:mi></mml:math></inline-formula>-coupling constants with other nuclei. Accordingly, we report their total magnetization (3-<inline-formula><mml:math id="M626" display="inline"><mml:mrow class="chem"><mml:msup><mml:mi/><mml:mn mathvariant="normal">13</mml:mn></mml:msup><mml:mi mathvariant="normal">C</mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> + 4-<inline-formula><mml:math id="M627" display="inline"><mml:mrow class="chem"><mml:msup><mml:mi/><mml:mn mathvariant="normal">13</mml:mn></mml:msup><mml:mi mathvariant="normal">C</mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula>) as the measured observable.</p>

      <fig id="F9" specific-use="star"><label>Figure 9</label><caption><p id="d2e18539">ZULF SABRE of free <inline-formula><mml:math id="M628" display="inline"><mml:mrow><mml:msup><mml:mo>[</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">15</mml:mn></mml:msup><mml:mtext>N</mml:mtext><mml:msup><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">13</mml:mn></mml:msup><mml:msub><mml:mtext>C</mml:mtext><mml:mn mathvariant="normal">4</mml:mn></mml:msub><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula>butyronitrile. <bold>(A, B)</bold> Simulated magnetic field dependences of the <sup>15</sup>N <bold>(A)</bold> and <sup>13</sup>C <bold>(B)</bold> polarization. <bold>(C)</bold> Simulated ZULF NMR spectrum with the ZQC reduction obtained after pre-polarization at <inline-formula><mml:math id="M631" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>B</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> <inline-formula><mml:math id="M632" display="inline"><mml:mo>=</mml:mo></mml:math></inline-formula> 0.5 <inline-formula><mml:math id="M633" display="inline"><mml:mrow class="unit"><mml:mi mathvariant="normal">µ</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">T</mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula>. (Top) Full ZULF NMR spectrum, in which only the low-frequency features are visible. (Bottom) The same spectrum scaled by a factor of 25, revealing characteristic high-frequency features associated with the scalar couplings <inline-formula><mml:math id="M634" display="inline"><mml:mrow><mml:msup><mml:mi/><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msup><mml:msub><mml:mi>J</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">CH</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> <inline-formula><mml:math id="M635" display="inline"><mml:mo>=</mml:mo></mml:math></inline-formula> 136 Hz, <inline-formula><mml:math id="M636" display="inline"><mml:mrow><mml:mn mathvariant="normal">3</mml:mn><mml:mo>/</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn><mml:msup><mml:mo>×</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msup><mml:msub><mml:mi>J</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">CH</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> <inline-formula><mml:math id="M637" display="inline"><mml:mo>=</mml:mo></mml:math></inline-formula> 204 Hz, and <inline-formula><mml:math id="M638" display="inline"><mml:mrow><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn><mml:msup><mml:mo>×</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msup><mml:msub><mml:mi>J</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">CH</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> <inline-formula><mml:math id="M639" display="inline"><mml:mo>=</mml:mo></mml:math></inline-formula> 272 Hz, indicated by dashed lines. The total computation time of the ZULF NMR spectrum was <inline-formula><mml:math id="M640" display="inline"><mml:mo>∼</mml:mo></mml:math></inline-formula> 100 h. The simulation parameters are detection field <inline-formula><mml:math id="M641" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>B</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">ZULF</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> <inline-formula><mml:math id="M642" display="inline"><mml:mo>=</mml:mo></mml:math></inline-formula> 0.01 <inline-formula><mml:math id="M643" display="inline"><mml:mrow class="unit"><mml:mi mathvariant="normal">µ</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">T</mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, polarization time <inline-formula><mml:math id="M644" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>t</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">pol</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> <inline-formula><mml:math id="M645" display="inline"><mml:mo>=</mml:mo></mml:math></inline-formula> 10 s, acquisition time <inline-formula><mml:math id="M646" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>t</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">ZULF</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> <inline-formula><mml:math id="M647" display="inline"><mml:mo>=</mml:mo></mml:math></inline-formula> 5 s, dissociation rate constant <inline-formula><mml:math id="M648" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>k</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">d</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> <inline-formula><mml:math id="M649" display="inline"><mml:mo>=</mml:mo></mml:math></inline-formula> 50 s<sup>−1</sup>, and catalyst to substrate ratio <inline-formula><mml:math id="M651" display="inline"><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mi>C</mml:mi><mml:mo>]</mml:mo><mml:mo>/</mml:mo><mml:mo>[</mml:mo><mml:mi>S</mml:mi><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula> <inline-formula><mml:math id="M652" display="inline"><mml:mo>=</mml:mo></mml:math></inline-formula> 0.37.</p></caption>
          <graphic xlink:href="https://mr.copernicus.org/articles/7/53/2026/mr-7-53-2026-f09.png"/>

        </fig>

      <p id="d2e18839">The simulated ZULF NMR spectrum is shown in Fig. <xref ref-type="fig" rid="F9"/>C. The most intense signal appears in the low-frequency domain, centered around <inline-formula><mml:math id="M653" display="inline"><mml:mrow><mml:mo>∼</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">10</mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula> <inline-formula><mml:math id="M654" display="inline"><mml:mrow class="unit"><mml:mi mathvariant="normal">Hz</mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, and broadens as the number of coupled magnetic nuclei increases. In addition to this dominant low-frequency feature, characteristic fingerprints of the <inline-formula><mml:math id="M655" display="inline"><mml:mrow class="chem"><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">CH</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math id="M656" display="inline"><mml:mrow class="chem"><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">CH</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">3</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> groups are visible: frequencies <inline-formula><mml:math id="M657" display="inline"><mml:mrow><mml:msup><mml:mi/><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msup><mml:msub><mml:mi>J</mml:mi><mml:mrow class="chem"><mml:mi mathvariant="normal">CH</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">136</mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula> <inline-formula><mml:math id="M658" display="inline"><mml:mrow class="unit"><mml:mi mathvariant="normal">Hz</mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math id="M659" display="inline"><mml:mrow><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn><mml:msup><mml:mo>×</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msup><mml:msub><mml:mi>J</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">CH</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> <inline-formula><mml:math id="M660" display="inline"><mml:mo>=</mml:mo></mml:math></inline-formula> 272 Hz from the <inline-formula><mml:math id="M661" display="inline"><mml:mrow class="chem"><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">CH</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">3</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> group and <inline-formula><mml:math id="M662" display="inline"><mml:mrow><mml:mn mathvariant="normal">3</mml:mn><mml:mo>/</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn><mml:msup><mml:mo>×</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msup><mml:msub><mml:mi>J</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">CH</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> <inline-formula><mml:math id="M663" display="inline"><mml:mo>=</mml:mo></mml:math></inline-formula> 204 Hz from the <inline-formula><mml:math id="M664" display="inline"><mml:mrow class="chem"><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">CH</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula> group. These signals are broadened due to splitting by the <inline-formula><mml:math id="M665" display="inline"><mml:mi>J</mml:mi></mml:math></inline-formula> couplings present in the multi-spin system.</p>
</sec>
<sec id="Ch1.S4.SS3">
  <label>4.3</label><title>Benchmarking and scalability analysis</title>
      <p id="d2e19017">In this section, we analyze the scalability of the proposed ZQC reduction approach in comparison to full Liouville space simulations as a function of the number of spins in the substrate molecule. To demonstrate its efficiency, we consider the worst-case scenario in which the substrate contains only <inline-formula><mml:math id="M666" display="inline"><mml:mi>N</mml:mi></mml:math></inline-formula> non-equivalent nuclei (the presence of magnetically equivalent nuclei would only further exponentially improve the scalability; see Eq. <xref ref-type="disp-formula" rid="Ch1.E50"/>). The scaling benchmark as a function of <inline-formula><mml:math id="M667" display="inline"><mml:mi>N</mml:mi></mml:math></inline-formula> is shown in Fig. <xref ref-type="fig" rid="F10"/>.</p>

      <fig id="F10" specific-use="star"><label>Figure 10</label><caption><p id="d2e19040">Scaling benchmark of full and ZQC-reduced Liouville space matrices for a substrate molecule with <inline-formula><mml:math id="M668" display="inline"><mml:mi>N</mml:mi></mml:math></inline-formula> non-equivalent spins. <bold>(A)</bold> Dimensionality of the full SABRE (open squares) and ZQC-reduced SABRE (filled circles) Liouville space matrices as a function of <inline-formula><mml:math id="M669" display="inline"><mml:mi>N</mml:mi></mml:math></inline-formula>. The solid lines represent the asymptotic scaling for <inline-formula><mml:math id="M670" display="inline"><mml:mrow><mml:msqrt><mml:mi>N</mml:mi></mml:msqrt><mml:mo>≫</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula>. Note that the SABRE complex contains <inline-formula><mml:math id="M671" display="inline"><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula> spins. <bold>(B)</bold> Dimensionality reduction achieved with the ZQC approach. The predicted asymptotic scaling is <inline-formula><mml:math id="M672" display="inline"><mml:msqrt><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">π</mml:mi><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow></mml:msqrt></mml:math></inline-formula>. <bold>(C)</bold> Computation time per magnetic field <inline-formula><mml:math id="M673" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>B</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> for the full SABRE (squares) and ZQC-reduced SABRE (circles) Liouville space matrices as a function of <inline-formula><mml:math id="M674" display="inline"><mml:mi>N</mml:mi></mml:math></inline-formula>. <bold>(D)</bold> Computational speedup achieved with the ZQC approach, which scales as <inline-formula><mml:math id="M675" display="inline"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">O</mml:mi><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>N</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula>.</p></caption>
          <graphic xlink:href="https://mr.copernicus.org/articles/7/53/2026/mr-7-53-2026-f10.png"/>

        </fig>

      <p id="d2e19145">We first examine the dimensionality of the matrices, shown in Fig. <xref ref-type="fig" rid="F10"/>A. For full Liouville space simulations, the dimensionality is given exactly by <inline-formula><mml:math id="M676" display="inline"><mml:mrow><mml:mtext>dim(Full SABRE)</mml:mtext><mml:mo>=</mml:mo><mml:msup><mml:mn mathvariant="normal">4</mml:mn><mml:mi>N</mml:mi></mml:msup><mml:mo>+</mml:mo><mml:msup><mml:mn mathvariant="normal">4</mml:mn><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:math></inline-formula> (the SABRE complex contains <inline-formula><mml:math id="M677" display="inline"><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula> spins). For the ZQC-reduced matrices, a compact asymptotic expression valid for <inline-formula><mml:math id="M678" display="inline"><mml:mrow><mml:msqrt><mml:mi>N</mml:mi></mml:msqrt><mml:mo>≫</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula> is given by Eq. (<xref ref-type="disp-formula" rid="Ch1.E50"/>): <inline-formula><mml:math id="M679" display="inline"><mml:mrow><mml:mtext>dim(ZQC SABRE)</mml:mtext><mml:mo>∼</mml:mo><mml:msup><mml:mn mathvariant="normal">4</mml:mn><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>/</mml:mo><mml:msqrt><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">π</mml:mi><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow></mml:msqrt></mml:mrow></mml:math></inline-formula>. As shown in Fig. <xref ref-type="fig" rid="F10"/>A, this asymptotic approximation (solid line) almost perfectly matches the dimensionality of the ZQC-reduced SABRE matrix. Although the dimensionality still grows exponentially with <inline-formula><mml:math id="M680" display="inline"><mml:mi>N</mml:mi></mml:math></inline-formula>, it is reduced by a factor of <inline-formula><mml:math id="M681" display="inline"><mml:msqrt><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">π</mml:mi><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow></mml:msqrt></mml:math></inline-formula> compared to the full Liouville space (see Fig. <xref ref-type="fig" rid="F10"/>B).</p>
      <p id="d2e19256">Similarly, we investigated the dependence of the computation time per single magnetic field <inline-formula><mml:math id="M682" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>B</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> on the number of spins <inline-formula><mml:math id="M683" display="inline"><mml:mi>N</mml:mi></mml:math></inline-formula>, as shown in Fig. <xref ref-type="fig" rid="F10"/>C. For small <inline-formula><mml:math id="M684" display="inline"><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, the computation time of the ZQC approach is nearly identical for both matrices. For larger <inline-formula><mml:math id="M685" display="inline"><mml:mi>N</mml:mi></mml:math></inline-formula>, however, it scales linearly, i.e., as <inline-formula><mml:math id="M686" display="inline"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">O</mml:mi><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>N</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula> (Fig. <xref ref-type="fig" rid="F10"/>D). This demonstrates that the reduction in computation time scales quadratically with the reduction in matrix dimension.</p>
</sec>
</sec>
<sec id="Ch1.S5" sec-type="conclusions">
  <label>5</label><title>Conclusions</title>
      <p id="d2e19329">In this work, we have shown that the Hamiltonian, relaxation, and chemical exchange superoperators in SABRE systems under zero-to-ultralow-field conditions all possess well-defined symmetry with respect to the <inline-formula><mml:math id="M687" display="inline"><mml:mi>z</mml:mi></mml:math></inline-formula> projection of the total spin, where the <inline-formula><mml:math id="M688" display="inline"><mml:mi>z</mml:mi></mml:math></inline-formula> axis is defined by the external ultralow magnetic field. This approach is valid across different coupling regimes encountered in ZULF NMR, from the <inline-formula><mml:math id="M689" display="inline"><mml:mi>J</mml:mi></mml:math></inline-formula>-coupling-dominated to the Zeeman-dominated limits, making the approach general and broadly applicable. Importantly, this symmetry ensures that chemical exchange conserves the coherence order, allowing the dynamics to be rigorously restricted to the zero-quantum coherence (ZQC) subspace. As only operators within this subspace contribute to polarization transfer in SABRE, focusing on ZQC drastically reduces the effective dimensionality of the Liouville space while retaining a fully rigorous description of the spin dynamics.</p>
      <p id="d2e19353">As a first validation, we applied this approach to [<inline-formula><mml:math id="M690" display="inline"><mml:mrow class="chem"><mml:msup><mml:mi/><mml:mn mathvariant="normal">15</mml:mn></mml:msup><mml:mi mathvariant="normal">N</mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula>,<inline-formula><mml:math id="M691" display="inline"><mml:mrow class="chem"><mml:msup><mml:mi/><mml:mn mathvariant="normal">13</mml:mn></mml:msup><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">C</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula>]acetonitrile (8 spins in the SABRE complex), reproducing full Liouville space results with excellent agreement while accelerating computations by a factor of <inline-formula><mml:math id="M692" display="inline"><mml:mrow><mml:mo>∼</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">30</mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula> for magnetic field dependence calculations and <inline-formula><mml:math id="M693" display="inline"><mml:mrow><mml:mo>∼</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">54</mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula> for ZULF NMR spectra. To demonstrate the scalability of the method, we further applied it to [<inline-formula><mml:math id="M694" display="inline"><mml:mrow class="chem"><mml:msup><mml:mi/><mml:mn mathvariant="normal">15</mml:mn></mml:msup><mml:mi mathvariant="normal">N</mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula>,<inline-formula><mml:math id="M695" display="inline"><mml:mrow class="chem"><mml:msup><mml:mi/><mml:mn mathvariant="normal">13</mml:mn></mml:msup><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">C</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">4</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula>]butyronitrile (14 spins in the SABRE complex), a system that would be practically impossible to simulate with full Liouville space calculations within a reasonable time frame. Using the ZQC reduction, these simulations became feasible, providing insight into both field dependence of polarization and ZULF NMR spectra. These results confirm the benchmarking analysis for a system of <inline-formula><mml:math id="M696" display="inline"><mml:mi>N</mml:mi></mml:math></inline-formula> non-equivalent substrate spins: the matrix dimension is reduced roughly by a factor of  <inline-formula><mml:math id="M697" display="inline"><mml:msqrt><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">π</mml:mi><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow></mml:msqrt></mml:math></inline-formula>, while the computation time is accelerated roughly by a factor of <inline-formula><mml:math id="M698" display="inline"><mml:mi>N</mml:mi></mml:math></inline-formula>.</p>
      <p id="d2e19456">Overall, the present framework provides a predictive and scalable tool for analyzing complex SABRE spin dynamics in the absence of transverse oscillating fields, which is particularly valuable for capturing the rich structure of field-dependent polarization curves and the intricate ZULF NMR spectra of multi-spin molecules. This approach therefore offers a practical pathway for designing experiments and optimizing hyperpolarization strategies in large (up to 15 spins) and chemically diverse spin systems.</p>
</sec>

      
      </body>
    <back><app-group>

<app id="App1.Ch1.S1">
  <label>Appendix A</label><title>The coherence orders</title>
      <p id="d2e19470">The operator <inline-formula><mml:math id="M699" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mi>Q</mml:mi><mml:mo stretchy="true" mathvariant="normal">^</mml:mo></mml:mover><mml:mi>p</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> is said to have a coherence order <inline-formula><mml:math id="M700" display="inline"><mml:mi>p</mml:mi></mml:math></inline-formula> if it satisfies the following relation with the operator of the <inline-formula><mml:math id="M701" display="inline"><mml:mi>z</mml:mi></mml:math></inline-formula> projection of total spin <inline-formula><mml:math id="M702" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mi>F</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="true">^</mml:mo></mml:mover><mml:mi>z</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula>:

          <disp-formula id="App1.Ch1.S1.E63" content-type="numbered"><label>A1</label><mml:math id="M703" display="block"><mml:mrow><mml:mo mathsize="1.1em">[</mml:mo><mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mi>F</mml:mi><mml:mo stretchy="true" mathvariant="normal">^</mml:mo></mml:mover><mml:mi>z</mml:mi></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mi>Q</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="true">^</mml:mo></mml:mover><mml:mi>p</mml:mi></mml:msub><mml:mo mathsize="1.1em">]</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>p</mml:mi><mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mi>Q</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="true">^</mml:mo></mml:mover><mml:mi>p</mml:mi></mml:msub><mml:mo>.</mml:mo></mml:mrow></mml:math></disp-formula>

        In terms of Liouville space, where the operator <inline-formula><mml:math id="M704" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mi>F</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="true">^</mml:mo></mml:mover><mml:mi>z</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> is mapped to the superoperator <inline-formula><mml:math id="M705" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mover accent="true"><mml:mi mathvariant="bold">F</mml:mi><mml:mo stretchy="true" mathvariant="normal">^</mml:mo></mml:mover><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="true">^</mml:mo></mml:mover><mml:mi>z</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, Eq. (<xref ref-type="disp-formula" rid="App1.Ch1.S1.E63"/>) transforms to the eigenvalue problem:

          <disp-formula id="App1.Ch1.S1.E64" content-type="numbered"><label>A2</label><mml:math id="M706" display="block"><mml:mrow><mml:mo mathsize="1.1em">[</mml:mo><mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mi>F</mml:mi><mml:mo stretchy="true" mathvariant="normal">^</mml:mo></mml:mover><mml:mi>z</mml:mi></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mi>Q</mml:mi><mml:mo stretchy="true" mathvariant="normal">^</mml:mo></mml:mover><mml:mi>p</mml:mi></mml:msub><mml:mo mathsize="1.1em">]</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mover accent="true"><mml:mi mathvariant="bold">F</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="true">^</mml:mo></mml:mover><mml:mo stretchy="true" mathvariant="normal">^</mml:mo></mml:mover><mml:mi>z</mml:mi></mml:msub><mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mi>Q</mml:mi><mml:mo stretchy="true" mathvariant="normal">^</mml:mo></mml:mover><mml:mi>p</mml:mi></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>p</mml:mi><mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mi>Q</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="true">^</mml:mo></mml:mover><mml:mi>p</mml:mi></mml:msub><mml:mo>.</mml:mo></mml:mrow></mml:math></disp-formula>

        Thus, <inline-formula><mml:math id="M707" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mi>Q</mml:mi><mml:mo stretchy="true" mathvariant="normal">^</mml:mo></mml:mover><mml:mi>p</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> is an eigenoperator of <inline-formula><mml:math id="M708" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mover accent="true"><mml:mi mathvariant="bold">F</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="true">^</mml:mo></mml:mover><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="true">^</mml:mo></mml:mover><mml:mi>z</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> with eigenvalue <inline-formula><mml:math id="M709" display="inline"><mml:mi>p</mml:mi></mml:math></inline-formula>.</p>
      <p id="d2e19694">As a demonstrative example, we consider two spin-<inline-formula><mml:math id="M710" display="inline"><mml:mrow><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mo>/</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula> particles and define <inline-formula><mml:math id="M711" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mi>F</mml:mi><mml:mo stretchy="true" mathvariant="normal">^</mml:mo></mml:mover><mml:mi>z</mml:mi></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mi>I</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="true">^</mml:mo></mml:mover><mml:mrow><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mi>z</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mi>I</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="true">^</mml:mo></mml:mover><mml:mrow><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn><mml:mi>z</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula>. As an example, we determine the coherence order of the operator <inline-formula><mml:math id="M712" display="inline"><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mi>Q</mml:mi><mml:mo stretchy="true" mathvariant="normal">^</mml:mo></mml:mover><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>|</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">α</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">α</mml:mi><mml:mo>〉</mml:mo><mml:mo>〈</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">β</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">β</mml:mi><mml:mo>|</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, where <inline-formula><mml:math id="M713" display="inline"><mml:mrow><mml:mo>|</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">α</mml:mi><mml:mo>〉</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math id="M714" display="inline"><mml:mrow><mml:mo>|</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">β</mml:mi><mml:mo>〉</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula> denote the standard Zeeman “spin-up” and “spin-down” states, respectively. In this case, we substitute <inline-formula><mml:math id="M715" display="inline"><mml:mover accent="true"><mml:mi>Q</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="true">^</mml:mo></mml:mover></mml:math></inline-formula> into Eq. (<xref ref-type="disp-formula" rid="App1.Ch1.S1.E64"/>):

          <disp-formula id="App1.Ch1.S1.E65" content-type="numbered"><label>A3</label><mml:math id="M716" display="block"><mml:mtable class="split" rowspacing="0.2ex" displaystyle="true" columnalign="right left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mover accent="true"><mml:mi mathvariant="bold">F</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="true">^</mml:mo></mml:mover><mml:mo stretchy="true" mathvariant="normal">^</mml:mo></mml:mover><mml:mi>z</mml:mi></mml:msub><mml:mo>|</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">α</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">α</mml:mi><mml:mo>〉</mml:mo><mml:mo>〈</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">β</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">β</mml:mi><mml:mo>|</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo mathsize="1.1em">[</mml:mo><mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mi>F</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="true">^</mml:mo></mml:mover><mml:mi>z</mml:mi></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:mo>|</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">α</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">α</mml:mi><mml:mo>〉</mml:mo><mml:mo>〈</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">β</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">β</mml:mi><mml:mo>|</mml:mo><mml:mo mathsize="1.1em">]</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo mathsize="1.1em">[</mml:mo><mml:mo mathsize="1.1em">(</mml:mo><mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mi>I</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="true">^</mml:mo></mml:mover><mml:mrow><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mi>z</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mi>I</mml:mi><mml:mo stretchy="true" mathvariant="normal">^</mml:mo></mml:mover><mml:mrow><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn><mml:mi>z</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathsize="1.1em">)</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo><mml:mo>|</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">α</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">α</mml:mi><mml:mo>〉</mml:mo><mml:mo>〈</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">β</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">β</mml:mi><mml:mo>|</mml:mo><mml:mo mathsize="1.1em">]</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd/><mml:mtd><mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo mathsize="1.1em">(</mml:mo><mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mi>I</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="true">^</mml:mo></mml:mover><mml:mrow><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mi>z</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mi>I</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="true">^</mml:mo></mml:mover><mml:mrow><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn><mml:mi>z</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathsize="1.1em">)</mml:mo><mml:mo>|</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">α</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">α</mml:mi><mml:mo>〉</mml:mo><mml:mo>〈</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">β</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">β</mml:mi><mml:mo>|</mml:mo><mml:mo>-</mml:mo><mml:mo>|</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">α</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">α</mml:mi><mml:mo>〉</mml:mo><mml:mo>〈</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">β</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">β</mml:mi><mml:mo>|</mml:mo><mml:mo mathsize="1.1em">(</mml:mo><mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mi>I</mml:mi><mml:mo stretchy="true" mathvariant="normal">^</mml:mo></mml:mover><mml:mrow><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mi>z</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mi>I</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="true">^</mml:mo></mml:mover><mml:mrow><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn><mml:mi>z</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathsize="1.1em">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd/><mml:mtd><mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo mathsize="1.1em">(</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="false"><mml:mstyle displaystyle="false"><mml:mfrac style="text"><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:mfrac></mml:mstyle></mml:mstyle><mml:mo>+</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="false"><mml:mstyle displaystyle="false"><mml:mfrac style="text"><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:mfrac></mml:mstyle></mml:mstyle><mml:mo mathsize="1.1em">)</mml:mo><mml:mo>|</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">α</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">α</mml:mi><mml:mo>〉</mml:mo><mml:mo>〈</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">β</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">β</mml:mi><mml:mo>|</mml:mo><mml:mo>-</mml:mo><mml:mo>|</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">α</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">α</mml:mi><mml:mo>〉</mml:mo><mml:mo>〈</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">β</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">β</mml:mi><mml:mo>|</mml:mo><mml:mo mathsize="1.1em">(</mml:mo><mml:mo>-</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="false"><mml:mstyle displaystyle="false"><mml:mfrac style="text"><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:mfrac></mml:mstyle></mml:mstyle><mml:mo>-</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="false"><mml:mstyle displaystyle="false"><mml:mfrac style="text"><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:mfrac></mml:mstyle></mml:mstyle><mml:mo mathsize="1.1em">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd/><mml:mtd><mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn><mml:mo>|</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">α</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">α</mml:mi><mml:mo>〉</mml:mo><mml:mo>〈</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">β</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">β</mml:mi><mml:mo>|</mml:mo><mml:mo>.</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula></p>
      <p id="d2e20152">Therefore, <inline-formula><mml:math id="M717" display="inline"><mml:mrow><mml:mo>|</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">α</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">α</mml:mi><mml:mo>〉</mml:mo><mml:mo>〈</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">β</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">β</mml:mi><mml:mo>|</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula> is a <inline-formula><mml:math id="M718" display="inline"><mml:mrow><mml:mo>+</mml:mo><mml:mtext>Double-Quantum Coherence</mml:mtext></mml:mrow></mml:math></inline-formula> (<inline-formula><mml:math id="M719" display="inline"><mml:mrow><mml:mo>+</mml:mo><mml:mtext>DQC</mml:mtext></mml:mrow></mml:math></inline-formula>) operator. In the same manner, one can find that the populations are the zero-quantum coherence (ZQC) operators:

          <disp-formula id="App1.Ch1.S1.E66" content-type="numbered"><label>A4</label><mml:math id="M720" display="block"><mml:mtable rowspacing="0.2ex" class="split" displaystyle="true" columnalign="right left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi>Q</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>|</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">α</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">α</mml:mi><mml:mo>〉</mml:mo><mml:mo>〈</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">α</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">α</mml:mi><mml:mo>|</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo><mml:mspace linebreak="nobreak" width="0.33em"/><mml:mspace width="0.33em" linebreak="nobreak"/><mml:msubsup><mml:mi>Q</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>|</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">α</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">β</mml:mi><mml:mo>〉</mml:mo><mml:mo>〈</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">α</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">β</mml:mi><mml:mo>|</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi>Q</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">3</mml:mn><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>|</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">β</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">α</mml:mi><mml:mo>〉</mml:mo><mml:mo>〈</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">β</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">α</mml:mi><mml:mo>|</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo><mml:mspace linebreak="nobreak" width="0.33em"/><mml:mspace linebreak="nobreak" width="0.33em"/><mml:msubsup><mml:mi>Q</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">4</mml:mn><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>|</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">β</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">β</mml:mi><mml:mo>〉</mml:mo><mml:mo>〈</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">β</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">β</mml:mi><mml:mo>|</mml:mo><mml:mo>.</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>

        Additionally, two more ZQC operators can be found:

          <disp-formula id="App1.Ch1.S1.E67" content-type="numbered"><label>A5</label><mml:math id="M721" display="block"><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi>Q</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">5</mml:mn><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>|</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">α</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">β</mml:mi><mml:mo>〉</mml:mo><mml:mo>〈</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">β</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">α</mml:mi><mml:mo>|</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo><mml:mspace width="0.33em" linebreak="nobreak"/><mml:mspace width="0.33em" linebreak="nobreak"/><mml:msubsup><mml:mi>Q</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">6</mml:mn><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>|</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">β</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">α</mml:mi><mml:mo>〉</mml:mo><mml:mo>〈</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">α</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">β</mml:mi><mml:mo>|</mml:mo><mml:mo>.</mml:mo></mml:mrow></mml:math></disp-formula></p>
      <p id="d2e20422">Generally, for an arbitrary spin system, a ZQC operator is constructed as

          <disp-formula id="App1.Ch1.S1.E68" content-type="numbered"><label>A6</label><mml:math id="M722" display="block"><mml:mrow><mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mi>Q</mml:mi><mml:mo stretchy="true" mathvariant="normal">^</mml:mo></mml:mover><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>|</mml:mo><mml:msub><mml:mi>F</mml:mi><mml:mi>z</mml:mi></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">ξ</mml:mi><mml:mo>〉</mml:mo><mml:mo>〈</mml:mo><mml:msub><mml:mi>F</mml:mi><mml:mi>z</mml:mi></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">λ</mml:mi><mml:mo>|</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo></mml:mrow></mml:math></disp-formula>

        where <inline-formula><mml:math id="M723" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>F</mml:mi><mml:mi>z</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, which runs over all possible values for the considered spin system, and <inline-formula><mml:math id="M724" display="inline"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">ξ</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">λ</mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> denote different spin states with identical values of <inline-formula><mml:math id="M725" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>F</mml:mi><mml:mi>z</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula>. This construction ensures that <inline-formula><mml:math id="M726" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mover accent="true"><mml:mi mathvariant="bold">F</mml:mi><mml:mo stretchy="true" mathvariant="normal">^</mml:mo></mml:mover><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="true">^</mml:mo></mml:mover><mml:mi>z</mml:mi></mml:msub><mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mi>Q</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="true">^</mml:mo></mml:mover><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula>.</p>
      <p id="d2e20534">For example, the ZQC operators in Eqs. (<xref ref-type="disp-formula" rid="App1.Ch1.S1.E66"/>) and (<xref ref-type="disp-formula" rid="App1.Ch1.S1.E67"/>) can be expressed using the notations introduced in Eq. (<xref ref-type="disp-formula" rid="App1.Ch1.S1.E68"/>):

          <disp-formula id="App1.Ch1.S1.E69" content-type="numbered"><label>A7</label><mml:math id="M727" display="block"><mml:mtable class="split" rowspacing="0.2ex" displaystyle="true" columnalign="right left"><mml:mtr><mml:mtd/><mml:mtd><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi>Q</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>|</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mo>(</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mo>/</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mo>/</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn><mml:mo>)</mml:mo><mml:mo>〉</mml:mo><mml:mo>〈</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mo>(</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mo>/</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mo>/</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn><mml:mo>)</mml:mo><mml:mo>|</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd/><mml:mtd><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi>Q</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>|</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn><mml:mo>(</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mo>/</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mo>/</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn><mml:mo>)</mml:mo><mml:mo>〉</mml:mo><mml:mo>〈</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn><mml:mo>(</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mo>/</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mo>/</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn><mml:mo>)</mml:mo><mml:mo>|</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd/><mml:mtd><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi>Q</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">3</mml:mn><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>|</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn><mml:mo>(</mml:mo><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mo>/</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mo>/</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn><mml:mo>)</mml:mo><mml:mo>〉</mml:mo><mml:mo>〈</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn><mml:mo>(</mml:mo><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mo>/</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mo>/</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn><mml:mo>)</mml:mo><mml:mo>|</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd/><mml:mtd><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi>Q</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">4</mml:mn><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>|</mml:mo><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mo>(</mml:mo><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mo>/</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mo>/</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn><mml:mo>)</mml:mo><mml:mo>〉</mml:mo><mml:mo>〈</mml:mo><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mo>(</mml:mo><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mo>/</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mo>/</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn><mml:mo>)</mml:mo><mml:mo>|</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd/><mml:mtd><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi>Q</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">5</mml:mn><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>|</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn><mml:mo>(</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mo>/</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mo>/</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn><mml:mo>)</mml:mo><mml:mo>〉</mml:mo><mml:mo>〈</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn><mml:mo>(</mml:mo><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mo>/</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mo>/</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn><mml:mo>)</mml:mo><mml:mo>|</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd/><mml:mtd><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi>Q</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">6</mml:mn><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>|</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn><mml:mo>(</mml:mo><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mo>/</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mo>/</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn><mml:mo>)</mml:mo><mml:mo>〉</mml:mo><mml:mo>〈</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn><mml:mo>(</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mo>/</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mo>/</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn><mml:mo>)</mml:mo><mml:mo>|</mml:mo><mml:mo>.</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>

        Here, the individual magnetic quantum numbers <inline-formula><mml:math id="M728" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>m</mml:mi><mml:mi>z</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> of two <inline-formula><mml:math id="M729" display="inline"><mml:mrow><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mo>/</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula> particles are shown in brackets.</p>
      <p id="d2e21021">It is therefore straightforward to calculate the full number of independent ZQC operators. The total number <inline-formula><mml:math id="M730" display="inline"><mml:mrow><mml:mtext>dim</mml:mtext><mml:mo>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="script">H</mml:mi><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>F</mml:mi><mml:mi>z</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula> of different spin states with a fixed <inline-formula><mml:math id="M731" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>F</mml:mi><mml:mi>z</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> is given in Eq. (<xref ref-type="disp-formula" rid="Ch1.E15"/>). The number of ZQC operators for a fixed <inline-formula><mml:math id="M732" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>F</mml:mi><mml:mi>z</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> is given by <inline-formula><mml:math id="M733" display="inline"><mml:mrow><mml:msup><mml:mfenced open="{" close="}"><mml:mrow><mml:mtext>dim</mml:mtext><mml:mo>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="script">H</mml:mi><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>F</mml:mi><mml:mi>z</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mfenced><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msup></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, as follows directly from the “ket-bra” construction of Eq. (<xref ref-type="disp-formula" rid="App1.Ch1.S1.E68"/>). Finally, the total number of ZQC operators is obtained by summing over all possible <inline-formula><mml:math id="M734" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>F</mml:mi><mml:mi>z</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, yielding Eq. (<xref ref-type="disp-formula" rid="Ch1.E28"/>).</p>
      <p id="d2e21111">In a broader context, the role of the coherence orders in modern NMR techniques is discussed in <xref ref-type="bibr" rid="bib1.bibx31" id="text.36"/>.</p>
</app>

<app id="App1.Ch1.S2">
  <label>Appendix B</label><title>Theorem 1. Conservation of zero coherence order in SABRE chemical reaction</title>
<sec id="App1.Ch1.S2.SS1">
  <label>B1</label><title>Dissociation from the complex</title>
      <p id="d2e21132"><disp-formula id="App1.Ch1.S2.E70" content-type="numbered"><label>B1</label><mml:math id="M735" display="block"><mml:mrow><mml:mtext>If </mml:mtext><mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mover accent="true"><mml:mi mathvariant="bold">F</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="true">^</mml:mo></mml:mover><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="true">^</mml:mo></mml:mover><mml:mrow><mml:mi>C</mml:mi><mml:mi>z</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mspace width="0.125em" linebreak="nobreak"/><mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mi mathvariant="italic">ρ</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="false">^</mml:mo></mml:mover><mml:mi>C</mml:mi></mml:msub><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn><mml:mtext>, then </mml:mtext><mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mover accent="true"><mml:mi mathvariant="bold">F</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="true">^</mml:mo></mml:mover><mml:mo stretchy="true" mathvariant="normal">^</mml:mo></mml:mover><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi><mml:mi>z</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mspace width="0.125em" linebreak="nobreak"/><mml:msub><mml:mtext>Tr</mml:mtext><mml:mrow class="chem"><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">H</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="italic">{</mml:mo><mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mi mathvariant="italic">ρ</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="false">^</mml:mo></mml:mover><mml:mi>C</mml:mi></mml:msub><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo><mml:mo mathvariant="italic">}</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn></mml:mrow></mml:math></disp-formula></p>
      <p id="d2e21223"><bold>Proof</bold>
</p>
      <p id="d2e21230">The superoperator <inline-formula><mml:math id="M736" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mover accent="true"><mml:mi mathvariant="bold">F</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="true">^</mml:mo></mml:mover><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="true">^</mml:mo></mml:mover><mml:mi>z</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> acts on the density matrix according to the following rule:

            <disp-formula id="App1.Ch1.S2.E71" content-type="numbered"><label>B2</label><mml:math id="M737" display="block"><mml:mrow><mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mover accent="true"><mml:mi mathvariant="bold">F</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="true">^</mml:mo></mml:mover><mml:mo stretchy="true" mathvariant="normal">^</mml:mo></mml:mover><mml:mi>z</mml:mi></mml:msub><mml:mspace linebreak="nobreak" width="0.125em"/><mml:mover accent="true"><mml:mi mathvariant="italic">ρ</mml:mi><mml:mo stretchy="false" mathvariant="normal">^</mml:mo></mml:mover><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>[</mml:mo><mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mi>F</mml:mi><mml:mo stretchy="false" mathvariant="normal">^</mml:mo></mml:mover><mml:mi>z</mml:mi></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mi mathvariant="italic">ρ</mml:mi><mml:mo stretchy="false" mathvariant="normal">^</mml:mo></mml:mover><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo><mml:mo>]</mml:mo><mml:mo>.</mml:mo></mml:mrow></mml:math></disp-formula>

          Consider the following equation:

            <disp-formula id="App1.Ch1.S2.E72" content-type="numbered"><label>B3</label><mml:math id="M738" display="block"><mml:mtable rowspacing="0.2ex" class="split" displaystyle="true" columnalign="right left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:msub><mml:mtext>Tr</mml:mtext><mml:mrow class="chem"><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">H</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mfenced close="}" open="{"><mml:mrow><mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mover accent="true"><mml:mi mathvariant="bold">F</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="true">^</mml:mo></mml:mover><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="true">^</mml:mo></mml:mover><mml:mrow><mml:mi>C</mml:mi><mml:mi>z</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mspace width="0.125em" linebreak="nobreak"/><mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mi mathvariant="italic">ρ</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="false">^</mml:mo></mml:mover><mml:mi>C</mml:mi></mml:msub><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mfenced></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd/><mml:mtd><mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mtext>Tr</mml:mtext><mml:mrow class="chem"><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">H</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:mfenced open="{" close="}"><mml:mrow><mml:mfenced close=")" open="("><mml:mrow><mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mover accent="true"><mml:mi mathvariant="bold">F</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="true">^</mml:mo></mml:mover><mml:mo stretchy="true" mathvariant="normal">^</mml:mo></mml:mover><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi><mml:mi>z</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mover accent="true"><mml:mi mathvariant="bold">F</mml:mi><mml:mo stretchy="true" mathvariant="normal">^</mml:mo></mml:mover><mml:mo stretchy="true" mathvariant="normal">^</mml:mo></mml:mover><mml:mrow><mml:mrow class="chem"><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">H</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mi>z</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mfenced><mml:mspace width="0.125em" linebreak="nobreak"/><mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mi mathvariant="italic">ρ</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="false">^</mml:mo></mml:mover><mml:mi>C</mml:mi></mml:msub><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mfenced></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd/><mml:mtd><mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mtext>Tr</mml:mtext><mml:mrow class="chem"><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">H</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:mfenced open="{" close="}"><mml:mrow><mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mover accent="true"><mml:mi mathvariant="bold">F</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="true">^</mml:mo></mml:mover><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="true">^</mml:mo></mml:mover><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi><mml:mi>z</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mspace width="0.125em" linebreak="nobreak"/><mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mi mathvariant="italic">ρ</mml:mi><mml:mo stretchy="false" mathvariant="normal">^</mml:mo></mml:mover><mml:mi>C</mml:mi></mml:msub><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mfenced><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mtext>Tr</mml:mtext><mml:mrow class="chem"><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">H</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:mfenced open="{" close="}"><mml:mrow><mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mover accent="true"><mml:mi mathvariant="bold">F</mml:mi><mml:mo stretchy="true" mathvariant="normal">^</mml:mo></mml:mover><mml:mo stretchy="true" mathvariant="normal">^</mml:mo></mml:mover><mml:mrow><mml:mrow class="chem"><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">H</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mi>z</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mspace linebreak="nobreak" width="0.125em"/><mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mi mathvariant="italic">ρ</mml:mi><mml:mo stretchy="false" mathvariant="normal">^</mml:mo></mml:mover><mml:mi>C</mml:mi></mml:msub><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mfenced><mml:mo>,</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>

          where we accounted for  <inline-formula><mml:math id="M739" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mover accent="true"><mml:mi mathvariant="bold">F</mml:mi><mml:mo stretchy="true" mathvariant="normal">^</mml:mo></mml:mover><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="true">^</mml:mo></mml:mover><mml:mrow><mml:mi>C</mml:mi><mml:mi>z</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mover accent="true"><mml:mi mathvariant="bold">F</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="true">^</mml:mo></mml:mover><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="true">^</mml:mo></mml:mover><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi><mml:mi>z</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mover accent="true"><mml:mi mathvariant="bold">F</mml:mi><mml:mo stretchy="true" mathvariant="normal">^</mml:mo></mml:mover><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="true">^</mml:mo></mml:mover><mml:mrow><mml:mrow class="chem"><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">H</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mi>z</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula>. Here, the first superoperator acts only on the substrate’s spins, whereas the second superoperator acts only on the spins of the hydrides.</p>
      <p id="d2e21579">At first, we prove the following relation:

            <disp-formula id="App1.Ch1.S2.E73" content-type="numbered"><label>B4</label><mml:math id="M740" display="block"><mml:mrow><mml:msub><mml:mtext>Tr</mml:mtext><mml:mrow class="chem"><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">H</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:mfenced open="{" close="}"><mml:mrow><mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mover accent="true"><mml:mi mathvariant="bold">F</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="true">^</mml:mo></mml:mover><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="true">^</mml:mo></mml:mover><mml:mrow><mml:mrow class="chem"><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">H</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mi>z</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mspace linebreak="nobreak" width="0.125em"/><mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mi mathvariant="italic">ρ</mml:mi><mml:mo stretchy="false" mathvariant="normal">^</mml:mo></mml:mover><mml:mi>C</mml:mi></mml:msub><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mfenced><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn><mml:mo>.</mml:mo></mml:mrow></mml:math></disp-formula>

          We first use the definition given in Eq. (<xref ref-type="disp-formula" rid="App1.Ch1.S2.E70"/>):

            <disp-formula id="App1.Ch1.S2.E74" content-type="numbered"><label>B5</label><mml:math id="M741" display="block"><mml:mtable rowspacing="0.2ex" class="split" displaystyle="true" columnalign="right left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:msub><mml:mtext>Tr</mml:mtext><mml:mrow class="chem"><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">H</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mfenced close="}" open="{"><mml:mrow><mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mover accent="true"><mml:mi mathvariant="bold">F</mml:mi><mml:mo stretchy="true" mathvariant="normal">^</mml:mo></mml:mover><mml:mo stretchy="true" mathvariant="normal">^</mml:mo></mml:mover><mml:mrow><mml:mrow class="chem"><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">H</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mi>z</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mspace width="0.125em" linebreak="nobreak"/><mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mi mathvariant="italic">ρ</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="false">^</mml:mo></mml:mover><mml:mi>C</mml:mi></mml:msub><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mfenced></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd/><mml:mtd><mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mtext>Tr</mml:mtext><mml:mrow class="chem"><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">H</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="italic">{</mml:mo><mml:mo>[</mml:mo><mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mi>F</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="false">^</mml:mo></mml:mover><mml:mrow><mml:mrow class="chem"><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">H</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mi>z</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mi mathvariant="italic">ρ</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="false">^</mml:mo></mml:mover><mml:mi>C</mml:mi></mml:msub><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo><mml:mo>]</mml:mo><mml:mo mathvariant="italic">}</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd/><mml:mtd><mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mtext>Tr</mml:mtext><mml:mrow class="chem"><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">H</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="italic">{</mml:mo><mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mi>F</mml:mi><mml:mo stretchy="false" mathvariant="normal">^</mml:mo></mml:mover><mml:mrow><mml:mrow class="chem"><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">H</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mi>z</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mspace linebreak="nobreak" width="0.125em"/><mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mi mathvariant="italic">ρ</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="false">^</mml:mo></mml:mover><mml:mi>C</mml:mi></mml:msub><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo><mml:mo mathvariant="italic">}</mml:mo><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mtext>Tr</mml:mtext><mml:mrow class="chem"><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">H</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="italic">{</mml:mo><mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mi mathvariant="italic">ρ</mml:mi><mml:mo stretchy="false" mathvariant="normal">^</mml:mo></mml:mover><mml:mi>C</mml:mi></mml:msub><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo><mml:mspace linebreak="nobreak" width="0.125em"/><mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mi>F</mml:mi><mml:mo stretchy="false" mathvariant="normal">^</mml:mo></mml:mover><mml:mrow><mml:mrow class="chem"><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">H</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mi>z</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="italic">}</mml:mo><mml:mo>.</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula></p>
      <p id="d2e21847">The operator <inline-formula><mml:math id="M742" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mi>F</mml:mi><mml:mo stretchy="false" mathvariant="normal">^</mml:mo></mml:mover><mml:mrow><mml:mrow class="chem"><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">H</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mi>z</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> is separable in the basis set of the complex since it acts only on the states of the hydrides:

            <disp-formula id="App1.Ch1.S2.E75" content-type="numbered"><label>B6</label><mml:math id="M743" display="block"><mml:mtable rowspacing="0.2ex" class="split" displaystyle="true" columnalign="right left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mi>F</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="false">^</mml:mo></mml:mover><mml:mrow><mml:mrow class="chem"><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">H</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mi>z</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:munder><mml:mo movablelimits="false">∑</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:munder><mml:mo mathvariant="italic">{</mml:mo><mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mi>F</mml:mi><mml:mo stretchy="false" mathvariant="normal">^</mml:mo></mml:mover><mml:mrow><mml:mrow class="chem"><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">H</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mi>z</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mo mathvariant="italic">}</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mspace width="0.125em" linebreak="nobreak"/><mml:mo>|</mml:mo><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>〉</mml:mo><mml:mo>〈</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>|</mml:mo><mml:mo>⊗</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="false">^</mml:mo></mml:mover></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd/><mml:mtd><mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:munder><mml:mo movablelimits="false">∑</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:munder><mml:mo mathvariant="italic">{</mml:mo><mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mi>F</mml:mi><mml:mo stretchy="false" mathvariant="normal">^</mml:mo></mml:mover><mml:mrow><mml:mrow class="chem"><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">H</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mi>z</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mo mathvariant="italic">}</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mspace linebreak="nobreak" width="0.125em"/><mml:mo>|</mml:mo><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>〉</mml:mo><mml:mo>〈</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>|</mml:mo><mml:mo>⊗</mml:mo><mml:munder><mml:mo movablelimits="false">∑</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">ξ</mml:mi></mml:munder><mml:mo>|</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">ξ</mml:mi><mml:mo>〉</mml:mo><mml:mo>〈</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">ξ</mml:mi><mml:mo>|</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd/><mml:mtd><mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:munder><mml:mo movablelimits="false">∑</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">ξ</mml:mi></mml:mrow></mml:munder><mml:mo mathvariant="italic">{</mml:mo><mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mi>F</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="false">^</mml:mo></mml:mover><mml:mrow><mml:mrow class="chem"><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">H</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mi>z</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mo mathvariant="italic">}</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mspace linebreak="nobreak" width="0.125em"/><mml:mo>|</mml:mo><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>〉</mml:mo><mml:mo>|</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">ξ</mml:mi><mml:mo>〉</mml:mo><mml:mo>〈</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>|</mml:mo><mml:mo>〈</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">ξ</mml:mi><mml:mo>|</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>

          where the Latin letters denote the states of the hydrides, and the Greek letters denote the state of the substrate in the complex. Now we consider the density matrix of the complex in this product basis set:

            <disp-formula id="App1.Ch1.S2.E76" content-type="numbered"><label>B7</label><mml:math id="M744" display="block"><mml:mrow><mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mi mathvariant="italic">ρ</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="false">^</mml:mo></mml:mover><mml:mi>C</mml:mi></mml:msub><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:munder><mml:mo movablelimits="false">∑</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">ξ</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">μ</mml:mi></mml:mrow></mml:munder><mml:mo mathvariant="italic">{</mml:mo><mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mi mathvariant="italic">ρ</mml:mi><mml:mo stretchy="false" mathvariant="normal">^</mml:mo></mml:mover><mml:mi>C</mml:mi></mml:msub><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo><mml:msub><mml:mo mathvariant="italic">}</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">ξ</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">μ</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mspace width="0.125em" linebreak="nobreak"/><mml:mo>|</mml:mo><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>〉</mml:mo><mml:mo>|</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">ξ</mml:mi><mml:mo>〉</mml:mo><mml:mo>〈</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>|</mml:mo><mml:mo>〈</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">μ</mml:mi><mml:mo>|</mml:mo><mml:mo>.</mml:mo></mml:mrow></mml:math></disp-formula>

          Now we consider the matrix elements of <inline-formula><mml:math id="M745" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mi>F</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="false">^</mml:mo></mml:mover><mml:mrow><mml:mrow class="chem"><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">H</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mi>z</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mi mathvariant="italic">ρ</mml:mi><mml:mo stretchy="false" mathvariant="normal">^</mml:mo></mml:mover><mml:mi>C</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> using Eqs. (<xref ref-type="disp-formula" rid="App1.Ch1.S2.E75"/>) and  (<xref ref-type="disp-formula" rid="App1.Ch1.S2.E76"/>):

            <disp-formula id="App1.Ch1.S2.E77" content-type="numbered"><label>B8</label><mml:math id="M746" display="block"><mml:mrow><mml:mo mathvariant="italic">{</mml:mo><mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mi>F</mml:mi><mml:mo stretchy="false" mathvariant="normal">^</mml:mo></mml:mover><mml:mrow><mml:mrow class="chem"><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">H</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mi>z</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mi mathvariant="italic">ρ</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="false">^</mml:mo></mml:mover><mml:mi>C</mml:mi></mml:msub><mml:msub><mml:mo mathvariant="italic">}</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">α</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>l</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">β</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:munder><mml:mo movablelimits="false">∑</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi></mml:munder><mml:mo mathvariant="italic">{</mml:mo><mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mi>F</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="false">^</mml:mo></mml:mover><mml:mrow><mml:mrow class="chem"><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">H</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mi>z</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mo mathvariant="italic">}</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="italic">{</mml:mo><mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mi mathvariant="italic">ρ</mml:mi><mml:mo stretchy="false" mathvariant="normal">^</mml:mo></mml:mover><mml:mi>C</mml:mi></mml:msub><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo><mml:msub><mml:mo mathvariant="italic">}</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">α</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>l</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">β</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>.</mml:mo></mml:mrow></mml:math></disp-formula></p>
      <p id="d2e22352">We then take the partial trace over the states of the hydrides in Eq. (<xref ref-type="disp-formula" rid="App1.Ch1.S2.E77"/>):

            <disp-formula id="App1.Ch1.S2.E78" content-type="numbered"><label>B9</label><mml:math id="M747" display="block"><mml:mtable class="split" rowspacing="0.2ex" displaystyle="true" columnalign="right left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:msub><mml:mfenced close="}" open="{"><mml:mrow><mml:msub><mml:mtext>Tr</mml:mtext><mml:mrow class="chem"><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">H</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="italic">{</mml:mo><mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mi>F</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="false">^</mml:mo></mml:mover><mml:mrow><mml:mrow class="chem"><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">H</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mi>z</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mi mathvariant="italic">ρ</mml:mi><mml:mo stretchy="false" mathvariant="normal">^</mml:mo></mml:mover><mml:mi>C</mml:mi></mml:msub><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo><mml:mo mathvariant="italic">}</mml:mo></mml:mrow></mml:mfenced><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">α</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">β</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:munder><mml:mo movablelimits="false">∑</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi></mml:munder><mml:mo mathvariant="italic">{</mml:mo><mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mi>F</mml:mi><mml:mo stretchy="false" mathvariant="normal">^</mml:mo></mml:mover><mml:mrow><mml:mrow class="chem"><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">H</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mi>z</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mi mathvariant="italic">ρ</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="false">^</mml:mo></mml:mover><mml:mi>C</mml:mi></mml:msub><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo><mml:msub><mml:mo mathvariant="italic">}</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">α</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">β</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd/><mml:mtd><mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:munder><mml:mo movablelimits="false">∑</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:munder><mml:mo mathvariant="italic">{</mml:mo><mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mi>F</mml:mi><mml:mo stretchy="false" mathvariant="normal">^</mml:mo></mml:mover><mml:mrow><mml:mrow class="chem"><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">H</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mi>z</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mo mathvariant="italic">}</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="italic">{</mml:mo><mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mi mathvariant="italic">ρ</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="false">^</mml:mo></mml:mover><mml:mi>C</mml:mi></mml:msub><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo><mml:msub><mml:mo mathvariant="italic">}</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">α</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">β</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>.</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula></p>
      <p id="d2e22547">The matrix elements of <inline-formula><mml:math id="M748" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mi mathvariant="italic">ρ</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="false">^</mml:mo></mml:mover><mml:mi>C</mml:mi></mml:msub><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo><mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mi>F</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="false">^</mml:mo></mml:mover><mml:mrow><mml:mrow class="chem"><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">H</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mi>z</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> are defined as follows:

            <disp-formula id="App1.Ch1.S2.E79" content-type="numbered"><label>B10</label><mml:math id="M749" display="block"><mml:mrow><mml:mo mathvariant="italic">{</mml:mo><mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mi mathvariant="italic">ρ</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="false">^</mml:mo></mml:mover><mml:mi>C</mml:mi></mml:msub><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo><mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mi>F</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="false">^</mml:mo></mml:mover><mml:mrow><mml:mrow class="chem"><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">H</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mi>z</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mo mathvariant="italic">}</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">α</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>l</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">β</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:munder><mml:mo movablelimits="false">∑</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi></mml:munder><mml:mo mathvariant="italic">{</mml:mo><mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mi mathvariant="italic">ρ</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="false">^</mml:mo></mml:mover><mml:mi>C</mml:mi></mml:msub><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo><mml:msub><mml:mo mathvariant="italic">}</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">α</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">β</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="italic">{</mml:mo><mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mi>F</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="false">^</mml:mo></mml:mover><mml:mrow><mml:mrow class="chem"><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">H</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mi>z</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mo mathvariant="italic">}</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>l</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>.</mml:mo></mml:mrow></mml:math></disp-formula>

          The partial trace of Eq. (<xref ref-type="disp-formula" rid="App1.Ch1.S2.E79"/>) leads to the following result:

            <disp-formula id="App1.Ch1.S2.E80" content-type="numbered"><label>B11</label><mml:math id="M750" display="block"><mml:mtable rowspacing="0.2ex" class="split" displaystyle="true" columnalign="right left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:mo mathvariant="italic" mathsize="1.5em">{</mml:mo><mml:msub><mml:mtext>Tr</mml:mtext><mml:mrow class="chem"><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">H</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mo mathvariant="italic">{</mml:mo><mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mi mathvariant="italic">ρ</mml:mi><mml:mo stretchy="false" mathvariant="normal">^</mml:mo></mml:mover><mml:mi>C</mml:mi></mml:msub><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo><mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mi>F</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="false">^</mml:mo></mml:mover><mml:mrow><mml:mrow class="chem"><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">H</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mi>z</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="italic">}</mml:mo><mml:msub><mml:mo mathvariant="italic" mathsize="1.5em">}</mml:mo><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">α</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">β</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd/><mml:mtd><mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:munder><mml:mo movablelimits="false">∑</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi></mml:munder><mml:mo mathvariant="italic">{</mml:mo><mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mi mathvariant="italic">ρ</mml:mi><mml:mo stretchy="false" mathvariant="normal">^</mml:mo></mml:mover><mml:mi>C</mml:mi></mml:msub><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo><mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mi>F</mml:mi><mml:mo stretchy="false" mathvariant="normal">^</mml:mo></mml:mover><mml:mrow><mml:mrow class="chem"><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">H</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mi>z</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mo mathvariant="italic">}</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">α</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">β</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd/><mml:mtd><mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:munder><mml:mo movablelimits="false">∑</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:munder><mml:mo mathvariant="italic">{</mml:mo><mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mi mathvariant="italic">ρ</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="false">^</mml:mo></mml:mover><mml:mi>C</mml:mi></mml:msub><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo><mml:msub><mml:mo mathvariant="italic">}</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">α</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">β</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="italic">{</mml:mo><mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mi>F</mml:mi><mml:mo stretchy="false" mathvariant="normal">^</mml:mo></mml:mover><mml:mrow><mml:mrow class="chem"><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">H</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mi>z</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mo mathvariant="italic">}</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd/><mml:mtd><mml:mrow><mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>↔</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:msub><mml:munder><mml:mo movablelimits="false">∑</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:munder><mml:mo mathvariant="italic">{</mml:mo><mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mi>F</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="false">^</mml:mo></mml:mover><mml:mrow><mml:mrow class="chem"><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">H</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mi>z</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mo mathvariant="italic">}</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="italic">{</mml:mo><mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mi mathvariant="italic">ρ</mml:mi><mml:mo stretchy="false" mathvariant="normal">^</mml:mo></mml:mover><mml:mi>C</mml:mi></mml:msub><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo><mml:msub><mml:mo mathvariant="italic">}</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">α</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">β</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>.</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula></p>
      <p id="d2e22986">Now we subtract Eq. (<xref ref-type="disp-formula" rid="App1.Ch1.S2.E80"/>) from Eq. (<xref ref-type="disp-formula" rid="App1.Ch1.S2.E78"/>), which gives Eq. (<xref ref-type="disp-formula" rid="App1.Ch1.S2.E73"/>):

            <disp-formula id="App1.Ch1.S2.E81" content-type="numbered"><label>B12</label><mml:math id="M751" display="block"><mml:mtable rowspacing="0.2ex" class="split" displaystyle="true" columnalign="right left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:msub><mml:mtext>Tr</mml:mtext><mml:mrow class="chem"><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">H</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mo mathvariant="italic" mathsize="1.5em">{</mml:mo><mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mover accent="true"><mml:mi mathvariant="bold">F</mml:mi><mml:mo stretchy="true" mathvariant="normal">^</mml:mo></mml:mover><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="true">^</mml:mo></mml:mover><mml:mrow><mml:mrow class="chem"><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">H</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mi>z</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mspace width="0.125em" linebreak="nobreak"/><mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mi mathvariant="italic">ρ</mml:mi><mml:mo stretchy="false" mathvariant="normal">^</mml:mo></mml:mover><mml:mi>C</mml:mi></mml:msub><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo><mml:mo mathvariant="italic" mathsize="1.5em">}</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd/><mml:mtd><mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mtext>Tr</mml:mtext><mml:mrow class="chem"><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">H</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="italic">{</mml:mo><mml:mo>[</mml:mo><mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mi>F</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="false">^</mml:mo></mml:mover><mml:mrow><mml:mrow class="chem"><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">H</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mi>z</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mi mathvariant="italic">ρ</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="false">^</mml:mo></mml:mover><mml:mi>C</mml:mi></mml:msub><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo><mml:mo>]</mml:mo><mml:mo mathvariant="italic">}</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd/><mml:mtd><mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mtext>Tr</mml:mtext><mml:mrow class="chem"><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">H</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="italic">{</mml:mo><mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mi>F</mml:mi><mml:mo stretchy="false" mathvariant="normal">^</mml:mo></mml:mover><mml:mrow><mml:mrow class="chem"><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">H</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mi>z</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mi mathvariant="italic">ρ</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="false">^</mml:mo></mml:mover><mml:mi>C</mml:mi></mml:msub><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo><mml:mo mathvariant="italic">}</mml:mo><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mtext>Tr</mml:mtext><mml:mrow class="chem"><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">H</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="italic">{</mml:mo><mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mi mathvariant="italic">ρ</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="false">^</mml:mo></mml:mover><mml:mi>C</mml:mi></mml:msub><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo><mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mi>F</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="false">^</mml:mo></mml:mover><mml:mrow><mml:mrow class="chem"><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">H</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mi>z</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="italic">}</mml:mo><mml:mo>≡</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn><mml:mo>.</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>

          We then apply Eq. (<xref ref-type="disp-formula" rid="App1.Ch1.S2.E73"/>) to Eq. (<xref ref-type="disp-formula" rid="App1.Ch1.S2.E72"/>):

            <disp-formula id="App1.Ch1.S2.E82" content-type="numbered"><label>B13</label><mml:math id="M752" display="block"><mml:mrow><mml:msub><mml:mtext>Tr</mml:mtext><mml:mrow class="chem"><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">H</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:mfenced close="}" open="{"><mml:mrow><mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mover accent="true"><mml:mi mathvariant="bold">F</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="true">^</mml:mo></mml:mover><mml:mo stretchy="true" mathvariant="normal">^</mml:mo></mml:mover><mml:mrow><mml:mi>C</mml:mi><mml:mi>z</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mspace linebreak="nobreak" width="0.125em"/><mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mi mathvariant="italic">ρ</mml:mi><mml:mo stretchy="false" mathvariant="normal">^</mml:mo></mml:mover><mml:mi>C</mml:mi></mml:msub><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mfenced><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mtext>Tr</mml:mtext><mml:mrow class="chem"><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">H</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:mfenced open="{" close="}"><mml:mrow><mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mover accent="true"><mml:mi mathvariant="bold">F</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="true">^</mml:mo></mml:mover><mml:mo stretchy="true" mathvariant="normal">^</mml:mo></mml:mover><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi><mml:mi>z</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mspace width="0.125em" linebreak="nobreak"/><mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mi mathvariant="italic">ρ</mml:mi><mml:mo stretchy="false" mathvariant="normal">^</mml:mo></mml:mover><mml:mi>C</mml:mi></mml:msub><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mfenced><mml:mo>.</mml:mo></mml:mrow></mml:math></disp-formula></p>
      <p id="d2e23300">From the statement of the theorem, we have <inline-formula><mml:math id="M753" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mover accent="true"><mml:mi mathvariant="bold">F</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="true">^</mml:mo></mml:mover><mml:mo stretchy="true" mathvariant="normal">^</mml:mo></mml:mover><mml:mrow><mml:mi>C</mml:mi><mml:mi>z</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mspace width="0.125em" linebreak="nobreak"/><mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mi mathvariant="italic">ρ</mml:mi><mml:mo stretchy="false" mathvariant="normal">^</mml:mo></mml:mover><mml:mi>C</mml:mi></mml:msub><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula>. Therefore, using Eq. (<xref ref-type="disp-formula" rid="App1.Ch1.S2.E82"/>), we have

            <disp-formula id="App1.Ch1.S2.E83" content-type="numbered"><label>B14</label><mml:math id="M754" display="block"><mml:mrow><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mtext>Tr</mml:mtext><mml:mrow class="chem"><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">H</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:mfenced open="{" close="}"><mml:mrow><mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mover accent="true"><mml:mi mathvariant="bold">F</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="true">^</mml:mo></mml:mover><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="true">^</mml:mo></mml:mover><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi><mml:mi>z</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mspace linebreak="nobreak" width="0.125em"/><mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mi mathvariant="italic">ρ</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="false">^</mml:mo></mml:mover><mml:mi>C</mml:mi></mml:msub><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mfenced><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mover accent="true"><mml:mi mathvariant="bold">F</mml:mi><mml:mo stretchy="true" mathvariant="normal">^</mml:mo></mml:mover><mml:mo stretchy="true" mathvariant="normal">^</mml:mo></mml:mover><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi><mml:mi>z</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mspace width="0.125em" linebreak="nobreak"/><mml:msub><mml:mtext>Tr</mml:mtext><mml:mrow class="chem"><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">H</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="italic">{</mml:mo><mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mi mathvariant="italic">ρ</mml:mi><mml:mo stretchy="false" mathvariant="normal">^</mml:mo></mml:mover><mml:mi>C</mml:mi></mml:msub><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo><mml:mo mathvariant="italic">}</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo></mml:mrow></mml:math></disp-formula>

          where at the last stage we used the fact that <inline-formula><mml:math id="M755" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mover accent="true"><mml:mi mathvariant="bold">F</mml:mi><mml:mo stretchy="true" mathvariant="normal">^</mml:mo></mml:mover><mml:mo stretchy="true" mathvariant="normal">^</mml:mo></mml:mover><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi><mml:mi>z</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math id="M756" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mtext>Tr</mml:mtext><mml:mrow class="chem"><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">H</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> commute as they act on different variables. Finally, Eq. (<xref ref-type="disp-formula" rid="App1.Ch1.S2.E83"/>) proves that zero coherence order is conserved after dissociation from the complex.</p>
</sec>
<sec id="App1.Ch1.S2.SS2">
  <label>B2</label><title>Association with the complex</title>
      <p id="d2e23487"><disp-formula id="App1.Ch1.S2.E84" content-type="numbered"><label>B15</label><mml:math id="M757" display="block"><mml:mrow><mml:mtext>If </mml:mtext><mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mover accent="true"><mml:mi mathvariant="bold">F</mml:mi><mml:mo stretchy="true" mathvariant="normal">^</mml:mo></mml:mover><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="true">^</mml:mo></mml:mover><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi><mml:mi>z</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mspace linebreak="nobreak" width="0.125em"/><mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mi mathvariant="italic">ρ</mml:mi><mml:mo stretchy="false" mathvariant="normal">^</mml:mo></mml:mover><mml:mi>S</mml:mi></mml:msub><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn><mml:mtext>, then </mml:mtext><mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mover accent="true"><mml:mi mathvariant="bold">F</mml:mi><mml:mo stretchy="true" mathvariant="normal">^</mml:mo></mml:mover><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="true">^</mml:mo></mml:mover><mml:mrow><mml:mi>C</mml:mi><mml:mi>z</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="italic">{</mml:mo><mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mi mathvariant="italic">ρ</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="false">^</mml:mo></mml:mover><mml:mi>S</mml:mi></mml:msub><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo><mml:mo>⊗</mml:mo><mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mi mathvariant="italic">ρ</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="false">^</mml:mo></mml:mover><mml:mrow><mml:msub><mml:mtext>pH</mml:mtext><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="italic">}</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn></mml:mrow></mml:math></disp-formula></p>
      <p id="d2e23582"><bold>Proof</bold>
</p>
      <p id="d2e23589">This is trivial since for parahydrogen (the singlet nuclear spin state with zero coherence order), we have <inline-formula><mml:math id="M758" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mover accent="true"><mml:mi mathvariant="bold">F</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="true">^</mml:mo></mml:mover><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="true">^</mml:mo></mml:mover><mml:mrow><mml:mrow class="chem"><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">H</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mi>z</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mspace width="0.125em" linebreak="nobreak"/><mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mi mathvariant="italic">ρ</mml:mi><mml:mo stretchy="false" mathvariant="normal">^</mml:mo></mml:mover><mml:mrow><mml:msub><mml:mtext>pH</mml:mtext><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula>. Therefore,

            <disp-formula id="App1.Ch1.S2.E85" content-type="numbered"><label>B16</label><mml:math id="M759" display="block"><mml:mtable rowspacing="0.2ex" class="split" displaystyle="true" columnalign="right left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mover accent="true"><mml:mi mathvariant="bold">F</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="true">^</mml:mo></mml:mover><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="true">^</mml:mo></mml:mover><mml:mrow><mml:mi>C</mml:mi><mml:mi>z</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mspace linebreak="nobreak" width="0.125em"/><mml:mo mathvariant="italic">{</mml:mo><mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mi mathvariant="italic">ρ</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="false">^</mml:mo></mml:mover><mml:mi>S</mml:mi></mml:msub><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo><mml:mo>⊗</mml:mo><mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mi mathvariant="italic">ρ</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="false">^</mml:mo></mml:mover><mml:mrow><mml:msub><mml:mtext>pH</mml:mtext><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="italic">}</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd/><mml:mtd><mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfenced close=")" open="("><mml:mrow><mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mover accent="true"><mml:mi mathvariant="bold">F</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="true">^</mml:mo></mml:mover><mml:mo stretchy="true" mathvariant="normal">^</mml:mo></mml:mover><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi><mml:mi>z</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mover accent="true"><mml:mi mathvariant="bold">F</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="true">^</mml:mo></mml:mover><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="true">^</mml:mo></mml:mover><mml:mrow><mml:mrow class="chem"><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">H</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mi>z</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mfenced><mml:mspace width="0.125em" linebreak="nobreak"/><mml:mo mathvariant="italic">{</mml:mo><mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mi mathvariant="italic">ρ</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="false">^</mml:mo></mml:mover><mml:mi>S</mml:mi></mml:msub><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo><mml:mo>⊗</mml:mo><mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mi mathvariant="italic">ρ</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="false">^</mml:mo></mml:mover><mml:mrow><mml:msub><mml:mtext>pH</mml:mtext><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="italic">}</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd/><mml:mtd><mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:munder><mml:munder class="underbrace"><mml:mrow><mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mover accent="true"><mml:mi mathvariant="bold">F</mml:mi><mml:mo stretchy="true" mathvariant="normal">^</mml:mo></mml:mover><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="true">^</mml:mo></mml:mover><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi><mml:mi>z</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mspace width="0.125em" linebreak="nobreak"/><mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mi mathvariant="italic">ρ</mml:mi><mml:mo stretchy="false" mathvariant="normal">^</mml:mo></mml:mover><mml:mi>S</mml:mi></mml:msub><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo mathvariant="normal">︸</mml:mo></mml:munder><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn></mml:munder><mml:mo>⊗</mml:mo><mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mi mathvariant="italic">ρ</mml:mi><mml:mo stretchy="false" mathvariant="normal">^</mml:mo></mml:mover><mml:mrow><mml:msub><mml:mtext>pH</mml:mtext><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mi mathvariant="italic">ρ</mml:mi><mml:mo stretchy="false" mathvariant="normal">^</mml:mo></mml:mover><mml:mi>S</mml:mi></mml:msub><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo><mml:mo>⊗</mml:mo><mml:munder><mml:munder class="underbrace"><mml:mrow><mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mover accent="true"><mml:mi mathvariant="bold">F</mml:mi><mml:mo stretchy="true" mathvariant="normal">^</mml:mo></mml:mover><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="true">^</mml:mo></mml:mover><mml:mrow><mml:mrow class="chem"><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">H</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mi>z</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mspace linebreak="nobreak" width="0.125em"/><mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mi mathvariant="italic">ρ</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="false">^</mml:mo></mml:mover><mml:mrow><mml:msub><mml:mtext>pH</mml:mtext><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo mathvariant="normal">︸</mml:mo></mml:munder><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn></mml:munder><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn><mml:mo>.</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula></p>
</sec>
</app>

<app id="App1.Ch1.S3">
  <label>Appendix C</label><title>Theorem 2. Restriction of SABRE dynamics to the zero-quantum coherence subspaces</title>
      <p id="d2e23894">If the following conditions are fulfilled for the Liouvillians and the initial state of the SABRE system,

              <disp-formula specific-use="align" content-type="numbered"><mml:math id="M760" display="block"><mml:mtable displaystyle="true"><mml:mlabeledtr id="App1.Ch1.S3.E86"><mml:mtd><mml:mtext>C1</mml:mtext></mml:mtd><mml:mtd><mml:mstyle class="stylechange" displaystyle="true"/></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mstyle displaystyle="true" class="stylechange"/><mml:mfenced open="[" close="]"><mml:mrow><mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mover accent="true"><mml:mi mathvariant="bold">F</mml:mi><mml:mo stretchy="true" mathvariant="normal">^</mml:mo></mml:mover><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="true">^</mml:mo></mml:mover><mml:mrow><mml:mi>C</mml:mi><mml:mi>z</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mover accent="true"><mml:mi mathvariant="bold">L</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="true">^</mml:mo></mml:mover><mml:mo stretchy="true" mathvariant="normal">^</mml:mo></mml:mover><mml:mi>C</mml:mi></mml:msub><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mfenced><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn><mml:mtext> for any </mml:mtext><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mlabeledtr><mml:mlabeledtr id="App1.Ch1.S3.E87"><mml:mtd><mml:mtext>C2</mml:mtext></mml:mtd><mml:mtd><mml:mstyle class="stylechange" displaystyle="true"/></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mstyle class="stylechange" displaystyle="true"/><mml:mfenced open="[" close="]"><mml:mrow><mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mover accent="true"><mml:mi mathvariant="bold">F</mml:mi><mml:mo stretchy="true" mathvariant="normal">^</mml:mo></mml:mover><mml:mo stretchy="true" mathvariant="normal">^</mml:mo></mml:mover><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi><mml:mi>z</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mover accent="true"><mml:mi mathvariant="bold">L</mml:mi><mml:mo stretchy="true" mathvariant="normal">^</mml:mo></mml:mover><mml:mo stretchy="true" mathvariant="normal">^</mml:mo></mml:mover><mml:mi>S</mml:mi></mml:msub><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mfenced><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn><mml:mtext> for any </mml:mtext><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mlabeledtr><mml:mlabeledtr id="App1.Ch1.S3.E88"><mml:mtd><mml:mtext>C3</mml:mtext></mml:mtd><mml:mtd><mml:mstyle displaystyle="true" class="stylechange"/></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mstyle class="stylechange" displaystyle="true"/><mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mover accent="true"><mml:mi mathvariant="bold">F</mml:mi><mml:mo stretchy="true" mathvariant="normal">^</mml:mo></mml:mover><mml:mo stretchy="true" mathvariant="normal">^</mml:mo></mml:mover><mml:mrow><mml:mi>C</mml:mi><mml:mi>z</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mspace width="0.125em" linebreak="nobreak"/><mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mi mathvariant="italic">ρ</mml:mi><mml:mo stretchy="false" mathvariant="normal">^</mml:mo></mml:mover><mml:mi>C</mml:mi></mml:msub><mml:mo>(</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn><mml:mo>)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mlabeledtr><mml:mlabeledtr id="App1.Ch1.S3.E89"><mml:mtd><mml:mtext>C4</mml:mtext></mml:mtd><mml:mtd><mml:mstyle displaystyle="true" class="stylechange"/></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mstyle displaystyle="true" class="stylechange"/><mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mover accent="true"><mml:mi mathvariant="bold">F</mml:mi><mml:mo stretchy="true" mathvariant="normal">^</mml:mo></mml:mover><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="true">^</mml:mo></mml:mover><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi><mml:mi>z</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mspace width="0.125em" linebreak="nobreak"/><mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mi mathvariant="italic">ρ</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="false">^</mml:mo></mml:mover><mml:mi>S</mml:mi></mml:msub><mml:mo>(</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn><mml:mo>)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mlabeledtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>

        then

          <disp-formula id="App1.Ch1.S3.E90" content-type="numbered"><label>C5</label><mml:math id="M761" display="block"><mml:mrow><mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mover accent="true"><mml:mi mathvariant="bold">F</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="true">^</mml:mo></mml:mover><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="true">^</mml:mo></mml:mover><mml:mrow><mml:mi>C</mml:mi><mml:mi>z</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mspace width="0.125em" linebreak="nobreak"/><mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mi mathvariant="italic">ρ</mml:mi><mml:mo stretchy="false" mathvariant="normal">^</mml:mo></mml:mover><mml:mi>C</mml:mi></mml:msub><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mrow/><mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mover accent="true"><mml:mi mathvariant="bold">F</mml:mi><mml:mo stretchy="true" mathvariant="normal">^</mml:mo></mml:mover><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="true">^</mml:mo></mml:mover><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi><mml:mi>z</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mspace width="0.125em" linebreak="nobreak"/><mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mi mathvariant="italic">ρ</mml:mi><mml:mo stretchy="false" mathvariant="normal">^</mml:mo></mml:mover><mml:mi>S</mml:mi></mml:msub><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn><mml:mtext> for any </mml:mtext><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>.</mml:mo></mml:mrow></mml:math></disp-formula></p>
      <p id="d2e24180"><bold>Proof</bold>
</p>
      <p id="d2e24187">The proof uses a numerical solution of Eq. (<xref ref-type="disp-formula" rid="Ch1.E40"/>) discretized on a time grid with a step <inline-formula><mml:math id="M762" display="inline"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">d</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula>:

              <disp-formula specific-use="gather" content-type="numbered"><mml:math id="M763" display="block"><mml:mtable displaystyle="true"><mml:mlabeledtr id="App1.Ch1.S3.E91"><mml:mtd><mml:mtext>C6</mml:mtext></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mstyle class="stylechange" displaystyle="true"/><mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mi mathvariant="italic">ρ</mml:mi><mml:mo stretchy="false" mathvariant="normal">^</mml:mo></mml:mover><mml:mi>C</mml:mi></mml:msub><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">d</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mi mathvariant="italic">ρ</mml:mi><mml:mo stretchy="false" mathvariant="normal">^</mml:mo></mml:mover><mml:mi>C</mml:mi></mml:msub><mml:mo>(</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn><mml:mo>)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mover accent="true"><mml:mi mathvariant="bold">A</mml:mi><mml:mo stretchy="true" mathvariant="normal">^</mml:mo></mml:mover><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="true">^</mml:mo></mml:mover><mml:mi>C</mml:mi></mml:msub><mml:mo>(</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn><mml:mo>)</mml:mo><mml:mspace linebreak="nobreak" width="0.125em"/><mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mi mathvariant="italic">ρ</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="false">^</mml:mo></mml:mover><mml:mi>C</mml:mi></mml:msub><mml:mo>(</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn><mml:mo>)</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">d</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mi>W</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">a</mml:mi></mml:msub><mml:mspace width="0.125em" linebreak="nobreak"/><mml:mo mathvariant="italic">{</mml:mo><mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mi mathvariant="italic">ρ</mml:mi><mml:mo stretchy="false" mathvariant="normal">^</mml:mo></mml:mover><mml:mi>S</mml:mi></mml:msub><mml:mo>(</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn><mml:mo>)</mml:mo><mml:mo>⊗</mml:mo><mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mi mathvariant="italic">ρ</mml:mi><mml:mo stretchy="false" mathvariant="normal">^</mml:mo></mml:mover><mml:mrow><mml:msub><mml:mtext>pH</mml:mtext><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="italic">}</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mlabeledtr><mml:mlabeledtr id="App1.Ch1.S3.E92"><mml:mtd><mml:mtext>C7</mml:mtext></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mstyle class="stylechange" displaystyle="true"/><mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mi mathvariant="italic">ρ</mml:mi><mml:mo stretchy="false" mathvariant="normal">^</mml:mo></mml:mover><mml:mi>S</mml:mi></mml:msub><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">d</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mi mathvariant="italic">ρ</mml:mi><mml:mo stretchy="false" mathvariant="normal">^</mml:mo></mml:mover><mml:mi>S</mml:mi></mml:msub><mml:mo>(</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn><mml:mo>)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mover accent="true"><mml:mi mathvariant="bold">A</mml:mi><mml:mo stretchy="true" mathvariant="normal">^</mml:mo></mml:mover><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="true">^</mml:mo></mml:mover><mml:mi>S</mml:mi></mml:msub><mml:mo>(</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn><mml:mo>)</mml:mo><mml:mspace width="0.125em" linebreak="nobreak"/><mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mi mathvariant="italic">ρ</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="false">^</mml:mo></mml:mover><mml:mi>S</mml:mi></mml:msub><mml:mo>(</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn><mml:mo>)</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">d</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mi>k</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">d</mml:mi></mml:msub><mml:mspace linebreak="nobreak" width="0.125em"/><mml:msub><mml:mtext>Tr</mml:mtext><mml:mrow class="chem"><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">H</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="italic">{</mml:mo><mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mi mathvariant="italic">ρ</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="false">^</mml:mo></mml:mover><mml:mi>C</mml:mi></mml:msub><mml:mo>(</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn><mml:mo>)</mml:mo><mml:mo mathvariant="italic">}</mml:mo><mml:mo>.</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mlabeledtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula></p>
      <p id="d2e24451">We now apply <inline-formula><mml:math id="M764" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mover accent="true"><mml:mi mathvariant="bold">F</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="true">^</mml:mo></mml:mover><mml:mo stretchy="true" mathvariant="normal">^</mml:mo></mml:mover><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi><mml:mi>z</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> for both sides of Eq. (<xref ref-type="disp-formula" rid="App1.Ch1.S3.E92"/>):

          <disp-formula id="App1.Ch1.S3.E93" content-type="numbered"><label>C8</label><mml:math id="M765" display="block"><mml:mtable class="split" rowspacing="0.2ex" displaystyle="true" columnalign="right left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mover accent="true"><mml:mi mathvariant="bold">F</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="true">^</mml:mo></mml:mover><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="true">^</mml:mo></mml:mover><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi><mml:mi>z</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mspace width="0.125em" linebreak="nobreak"/><mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mi mathvariant="italic">ρ</mml:mi><mml:mo stretchy="false" mathvariant="normal">^</mml:mo></mml:mover><mml:mi>S</mml:mi></mml:msub><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">d</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd/><mml:mtd><mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:munder><mml:munder class="underbrace"><mml:mrow><mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mover accent="true"><mml:mi mathvariant="bold">F</mml:mi><mml:mo stretchy="true" mathvariant="normal">^</mml:mo></mml:mover><mml:mo stretchy="true" mathvariant="normal">^</mml:mo></mml:mover><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi><mml:mi>z</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mspace width="0.125em" linebreak="nobreak"/><mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mi mathvariant="italic">ρ</mml:mi><mml:mo stretchy="false" mathvariant="normal">^</mml:mo></mml:mover><mml:mi>S</mml:mi></mml:msub><mml:mo>(</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo mathvariant="normal">︸</mml:mo></mml:munder><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn></mml:munder><mml:mo>+</mml:mo><mml:munder><mml:munder class="underbrace"><mml:mrow><mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mover accent="true"><mml:mi mathvariant="bold">F</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="true">^</mml:mo></mml:mover><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="true">^</mml:mo></mml:mover><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi><mml:mi>z</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mspace linebreak="nobreak" width="0.125em"/><mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mover accent="true"><mml:mi mathvariant="bold">A</mml:mi><mml:mo stretchy="true" mathvariant="normal">^</mml:mo></mml:mover><mml:mo stretchy="true" mathvariant="normal">^</mml:mo></mml:mover><mml:mi>S</mml:mi></mml:msub><mml:mo>(</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn><mml:mo>)</mml:mo><mml:mspace width="0.125em" linebreak="nobreak"/><mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mi mathvariant="italic">ρ</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="false">^</mml:mo></mml:mover><mml:mi>S</mml:mi></mml:msub><mml:mo>(</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo mathvariant="normal">︸</mml:mo></mml:munder><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn></mml:munder><mml:mi mathvariant="normal">d</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd/><mml:mtd><mml:mrow><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mi>k</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">d</mml:mi></mml:msub><mml:munder><mml:munder class="underbrace"><mml:mrow><mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mover accent="true"><mml:mi mathvariant="bold">F</mml:mi><mml:mo stretchy="true" mathvariant="normal">^</mml:mo></mml:mover><mml:mo stretchy="true" mathvariant="normal">^</mml:mo></mml:mover><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi><mml:mi>z</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mspace width="0.125em" linebreak="nobreak"/><mml:msub><mml:mtext>Tr</mml:mtext><mml:mrow class="chem"><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">H</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="italic">{</mml:mo><mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mi mathvariant="italic">ρ</mml:mi><mml:mo stretchy="false" mathvariant="normal">^</mml:mo></mml:mover><mml:mi>C</mml:mi></mml:msub><mml:mo>(</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn><mml:mo>)</mml:mo><mml:mo mathvariant="italic">}</mml:mo></mml:mrow><mml:mo mathvariant="normal">︸</mml:mo></mml:munder><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn></mml:munder><mml:mi mathvariant="normal">d</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>

        where each term is zero: <list list-type="order"><list-item>
      <p id="d2e24692"><inline-formula><mml:math id="M766" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mover accent="true"><mml:mi mathvariant="bold">F</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="true">^</mml:mo></mml:mover><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="true">^</mml:mo></mml:mover><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi><mml:mi>z</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mspace width="0.125em" linebreak="nobreak"/><mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mi mathvariant="italic">ρ</mml:mi><mml:mo stretchy="false" mathvariant="normal">^</mml:mo></mml:mover><mml:mi>S</mml:mi></mml:msub><mml:mo>(</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn><mml:mo>)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>[</mml:mo><mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mi>F</mml:mi><mml:mo stretchy="false" mathvariant="normal">^</mml:mo></mml:mover><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi><mml:mi>z</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mi mathvariant="italic">ρ</mml:mi><mml:mo stretchy="false" mathvariant="normal">^</mml:mo></mml:mover><mml:mi>S</mml:mi></mml:msub><mml:mo>(</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn><mml:mo>)</mml:mo><mml:mo>]</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, as it follows from the initial condition of Eq. (<xref ref-type="disp-formula" rid="Ch1.E43"/>). According to this, <inline-formula><mml:math id="M767" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mi mathvariant="italic">ρ</mml:mi><mml:mo stretchy="false" mathvariant="normal">^</mml:mo></mml:mover><mml:mi>S</mml:mi></mml:msub><mml:mo>(</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula> is proportional to the identity matrix that commutes with any operator. Consequently, Eq. (<xref ref-type="disp-formula" rid="App1.Ch1.S3.E89"/>) is indeed valid.</p></list-item><list-item>
      <p id="d2e24792"><inline-formula><mml:math id="M768" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mover accent="true"><mml:mi mathvariant="bold">F</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="true">^</mml:mo></mml:mover><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="true">^</mml:mo></mml:mover><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi><mml:mi>z</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mspace width="0.125em" linebreak="nobreak"/><mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mover accent="true"><mml:mi mathvariant="bold">A</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="true">^</mml:mo></mml:mover><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="true">^</mml:mo></mml:mover><mml:mi>S</mml:mi></mml:msub><mml:mo>(</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn><mml:mo>)</mml:mo><mml:mspace width="0.125em" linebreak="nobreak"/><mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mi mathvariant="italic">ρ</mml:mi><mml:mo stretchy="false" mathvariant="normal">^</mml:mo></mml:mover><mml:mi>S</mml:mi></mml:msub><mml:mo>(</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn><mml:mo>)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mover accent="true"><mml:mi mathvariant="bold">F</mml:mi><mml:mo stretchy="true" mathvariant="normal">^</mml:mo></mml:mover><mml:mo stretchy="true" mathvariant="normal">^</mml:mo></mml:mover><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi><mml:mi>z</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mspace linebreak="nobreak" width="0.125em"/><mml:mfenced open="{" close="}"><mml:mrow><mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mover accent="true"><mml:mi mathvariant="bold">L</mml:mi><mml:mo stretchy="true" mathvariant="normal">^</mml:mo></mml:mover><mml:mo stretchy="true" mathvariant="normal">^</mml:mo></mml:mover><mml:mi>S</mml:mi></mml:msub><mml:mo>(</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn><mml:mo>)</mml:mo><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mi>W</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">a</mml:mi></mml:msub><mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mover accent="true"><mml:mn mathvariant="bold">1</mml:mn><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="true">^</mml:mo></mml:mover><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="true">^</mml:mo></mml:mover><mml:mi>S</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:mfenced><mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mi mathvariant="italic">ρ</mml:mi><mml:mo stretchy="false" mathvariant="normal">^</mml:mo></mml:mover><mml:mi>S</mml:mi></mml:msub><mml:mo>(</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn><mml:mo>)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfenced close="}" open="{"><mml:mrow><mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mover accent="true"><mml:mi mathvariant="bold">L</mml:mi><mml:mo stretchy="true" mathvariant="normal">^</mml:mo></mml:mover><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="true">^</mml:mo></mml:mover><mml:mi>S</mml:mi></mml:msub><mml:mo>(</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn><mml:mo>)</mml:mo><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mi>W</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">a</mml:mi></mml:msub><mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mover accent="true"><mml:mn mathvariant="bold">1</mml:mn><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="true">^</mml:mo></mml:mover><mml:mo stretchy="true" mathvariant="normal">^</mml:mo></mml:mover><mml:mi>S</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:mfenced><mml:munder><mml:munder class="underbrace"><mml:mrow><mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mover accent="true"><mml:mi mathvariant="bold">F</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="true">^</mml:mo></mml:mover><mml:mo stretchy="true" mathvariant="normal">^</mml:mo></mml:mover><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi><mml:mi>z</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mspace linebreak="nobreak" width="0.125em"/><mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mi mathvariant="italic">ρ</mml:mi><mml:mo stretchy="false" mathvariant="normal">^</mml:mo></mml:mover><mml:mi>S</mml:mi></mml:msub><mml:mo>(</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo mathvariant="normal">︸</mml:mo></mml:munder><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn></mml:munder><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula> Here we first used Eq. (<xref ref-type="disp-formula" rid="App1.Ch1.S3.E87"/>) and then Eq. (<xref ref-type="disp-formula" rid="App1.Ch1.S3.E89"/>).</p></list-item><list-item>
      <p id="d2e25001"><inline-formula><mml:math id="M769" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mover accent="true"><mml:mi mathvariant="bold">F</mml:mi><mml:mo stretchy="true" mathvariant="normal">^</mml:mo></mml:mover><mml:mo stretchy="true" mathvariant="normal">^</mml:mo></mml:mover><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi><mml:mi>z</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mspace width="0.125em" linebreak="nobreak"/><mml:msub><mml:mtext>Tr</mml:mtext><mml:mrow class="chem"><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">H</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="italic">{</mml:mo><mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mi mathvariant="italic">ρ</mml:mi><mml:mo stretchy="false" mathvariant="normal">^</mml:mo></mml:mover><mml:mi>C</mml:mi></mml:msub><mml:mo>(</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn><mml:mo>)</mml:mo><mml:mo mathvariant="italic">}</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula> by Eq. (<xref ref-type="disp-formula" rid="App1.Ch1.S2.E70"/>) since for the initial state of the complex Eq. (<xref ref-type="disp-formula" rid="App1.Ch1.S3.E88"/>), <inline-formula><mml:math id="M770" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mover accent="true"><mml:mi mathvariant="bold">F</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="true">^</mml:mo></mml:mover><mml:mo stretchy="true" mathvariant="normal">^</mml:mo></mml:mover><mml:mrow><mml:mi>C</mml:mi><mml:mi>z</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mspace width="0.125em" linebreak="nobreak"/><mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mi mathvariant="italic">ρ</mml:mi><mml:mo stretchy="false" mathvariant="normal">^</mml:mo></mml:mover><mml:mi>C</mml:mi></mml:msub><mml:mo>(</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn><mml:mo>)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula>.</p></list-item></list></p>
      <p id="d2e25099">Similarly, applying <inline-formula><mml:math id="M771" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mover accent="true"><mml:mi mathvariant="bold">F</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="true">^</mml:mo></mml:mover><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="true">^</mml:mo></mml:mover><mml:mrow><mml:mi>C</mml:mi><mml:mi>z</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> for both sides of Eq. (<xref ref-type="disp-formula" rid="App1.Ch1.S3.E91"/>) and using Eqs. (<xref ref-type="disp-formula" rid="App1.Ch1.S3.E86"/>), (<xref ref-type="disp-formula" rid="App1.Ch1.S3.E88"/>), (<xref ref-type="disp-formula" rid="App1.Ch1.S3.E89"/>), and (<xref ref-type="disp-formula" rid="App1.Ch1.S2.E84"/>), we obtain

          <disp-formula id="App1.Ch1.S3.E94" content-type="numbered"><label>C9</label><mml:math id="M772" display="block"><mml:mrow><mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mover accent="true"><mml:mi mathvariant="bold">F</mml:mi><mml:mo stretchy="true" mathvariant="normal">^</mml:mo></mml:mover><mml:mo stretchy="true" mathvariant="normal">^</mml:mo></mml:mover><mml:mrow><mml:mi>C</mml:mi><mml:mi>z</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mspace width="0.125em" linebreak="nobreak"/><mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mi mathvariant="italic">ρ</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="false">^</mml:mo></mml:mover><mml:mi>C</mml:mi></mml:msub><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">d</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn><mml:mo>.</mml:mo></mml:mrow></mml:math></disp-formula></p>
      <p id="d2e25175">The following proof is based on induction by <inline-formula><mml:math id="M773" display="inline"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">d</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula>. </p>
      <p id="d2e25189"><bold>Induction hypothesis</bold>

          <disp-formula id="App1.Ch1.S3.E95" content-type="numbered"><label>C10</label><mml:math id="M774" display="block"><mml:mrow><mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mover accent="true"><mml:mi mathvariant="bold">F</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="true">^</mml:mo></mml:mover><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="true">^</mml:mo></mml:mover><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi><mml:mi>z</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mspace width="0.125em" linebreak="nobreak"/><mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mi mathvariant="italic">ρ</mml:mi><mml:mo stretchy="false" mathvariant="normal">^</mml:mo></mml:mover><mml:mi>S</mml:mi></mml:msub><mml:mo>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>t</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mrow/><mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mover accent="true"><mml:mi mathvariant="bold">F</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="true">^</mml:mo></mml:mover><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="true">^</mml:mo></mml:mover><mml:mrow><mml:mi>C</mml:mi><mml:mi>z</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mspace linebreak="nobreak" width="0.125em"/><mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mi mathvariant="italic">ρ</mml:mi><mml:mo stretchy="false" mathvariant="normal">^</mml:mo></mml:mover><mml:mi>C</mml:mi></mml:msub><mml:mo>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>t</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn></mml:mrow></mml:math></disp-formula>

        Here <inline-formula><mml:math id="M775" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>t</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>⋅</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">d</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> is the <inline-formula><mml:math id="M776" display="inline"><mml:mi>k</mml:mi></mml:math></inline-formula>th node of the time grid. From this, we prove that

          <disp-formula id="App1.Ch1.S3.E96" content-type="numbered"><label>C11</label><mml:math id="M777" display="block"><mml:mrow><mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mover accent="true"><mml:mi mathvariant="bold">F</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="true">^</mml:mo></mml:mover><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="true">^</mml:mo></mml:mover><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi><mml:mi>z</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mspace width="0.125em" linebreak="nobreak"/><mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mi mathvariant="italic">ρ</mml:mi><mml:mo stretchy="false" mathvariant="normal">^</mml:mo></mml:mover><mml:mi>S</mml:mi></mml:msub><mml:mo>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>t</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi></mml:msub><mml:mo>)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mrow/><mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mover accent="true"><mml:mi mathvariant="bold">F</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="true">^</mml:mo></mml:mover><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="true">^</mml:mo></mml:mover><mml:mrow><mml:mi>C</mml:mi><mml:mi>z</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mspace width="0.125em" linebreak="nobreak"/><mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mi mathvariant="italic">ρ</mml:mi><mml:mo stretchy="false" mathvariant="normal">^</mml:mo></mml:mover><mml:mi>C</mml:mi></mml:msub><mml:mo>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>t</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi></mml:msub><mml:mo>)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn><mml:mo>.</mml:mo></mml:mrow></mml:math></disp-formula></p>
      <p id="d2e25398"><bold>Inductive step</bold>
</p>
      <p id="d2e25405">From Eqs. (<xref ref-type="disp-formula" rid="Ch1.E40"/>), we have

          <disp-formula id="App1.Ch1.S3.E97" content-type="numbered"><label>C12</label><mml:math id="M778" display="block"><mml:mtable class="split" rowspacing="0.2ex" displaystyle="true" columnalign="right left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mi mathvariant="italic">ρ</mml:mi><mml:mo stretchy="false" mathvariant="normal">^</mml:mo></mml:mover><mml:mi>C</mml:mi></mml:msub><mml:mo>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>t</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi></mml:msub><mml:mo>)</mml:mo><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mi mathvariant="italic">ρ</mml:mi><mml:mo stretchy="false" mathvariant="normal">^</mml:mo></mml:mover><mml:mi>C</mml:mi></mml:msub><mml:mo>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>t</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mover accent="true"><mml:mi mathvariant="bold">A</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="true">^</mml:mo></mml:mover><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="true">^</mml:mo></mml:mover><mml:mi>C</mml:mi></mml:msub><mml:mo>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>t</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>)</mml:mo><mml:mspace linebreak="nobreak" width="0.125em"/><mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mi mathvariant="italic">ρ</mml:mi><mml:mo stretchy="false" mathvariant="normal">^</mml:mo></mml:mover><mml:mi>C</mml:mi></mml:msub><mml:mo>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>t</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>)</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">d</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd/><mml:mtd><mml:mrow><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mi>W</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">a</mml:mi></mml:msub><mml:mspace width="0.125em" linebreak="nobreak"/><mml:mo mathvariant="italic">{</mml:mo><mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mi mathvariant="italic">ρ</mml:mi><mml:mo stretchy="false" mathvariant="normal">^</mml:mo></mml:mover><mml:mi>S</mml:mi></mml:msub><mml:mo>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>t</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>)</mml:mo><mml:mo>⊗</mml:mo><mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mi mathvariant="italic">ρ</mml:mi><mml:mo stretchy="false" mathvariant="normal">^</mml:mo></mml:mover><mml:mrow><mml:msub><mml:mtext>pH</mml:mtext><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="italic">}</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">d</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>.</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>

        Applying <inline-formula><mml:math id="M779" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mover accent="true"><mml:mi mathvariant="bold">F</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="true">^</mml:mo></mml:mover><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="true">^</mml:mo></mml:mover><mml:mrow><mml:mi>C</mml:mi><mml:mi>z</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> for both sides of Eq. (<xref ref-type="disp-formula" rid="App1.Ch1.S3.E97"/>), we obtain the following:

          <disp-formula id="App1.Ch1.S3.E98" content-type="numbered"><label>C13</label><mml:math id="M780" display="block"><mml:mtable class="split" rowspacing="0.2ex" displaystyle="true" columnalign="right left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mover accent="true"><mml:mi mathvariant="bold">F</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="true">^</mml:mo></mml:mover><mml:mo stretchy="true" mathvariant="normal">^</mml:mo></mml:mover><mml:mrow><mml:mi>C</mml:mi><mml:mi>z</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mspace width="0.125em" linebreak="nobreak"/><mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mi mathvariant="italic">ρ</mml:mi><mml:mo stretchy="false" mathvariant="normal">^</mml:mo></mml:mover><mml:mi>C</mml:mi></mml:msub><mml:mo>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>t</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi></mml:msub><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd/><mml:mtd><mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mover accent="true"><mml:mi mathvariant="bold">F</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="true">^</mml:mo></mml:mover><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="true">^</mml:mo></mml:mover><mml:mrow><mml:mi>C</mml:mi><mml:mi>z</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mspace linebreak="nobreak" width="0.125em"/><mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mi mathvariant="italic">ρ</mml:mi><mml:mo stretchy="false" mathvariant="normal">^</mml:mo></mml:mover><mml:mi>C</mml:mi></mml:msub><mml:mo>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>t</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>)</mml:mo><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mover accent="true"><mml:mi mathvariant="bold">A</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="true">^</mml:mo></mml:mover><mml:mo stretchy="true" mathvariant="normal">^</mml:mo></mml:mover><mml:mi>C</mml:mi></mml:msub><mml:mo>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>t</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>)</mml:mo><mml:mspace linebreak="nobreak" width="0.125em"/><mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mover accent="true"><mml:mi mathvariant="bold">F</mml:mi><mml:mo stretchy="true" mathvariant="normal">^</mml:mo></mml:mover><mml:mo stretchy="true" mathvariant="normal">^</mml:mo></mml:mover><mml:mrow><mml:mi>C</mml:mi><mml:mi>z</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mspace linebreak="nobreak" width="0.125em"/><mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mi mathvariant="italic">ρ</mml:mi><mml:mo stretchy="false" mathvariant="normal">^</mml:mo></mml:mover><mml:mi>C</mml:mi></mml:msub><mml:mo>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>t</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>)</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">d</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd/><mml:mtd><mml:mrow><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mi>W</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">a</mml:mi></mml:msub><mml:munder><mml:munder class="underbrace"><mml:mrow><mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mover accent="true"><mml:mi mathvariant="bold">F</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="true">^</mml:mo></mml:mover><mml:mo stretchy="true" mathvariant="normal">^</mml:mo></mml:mover><mml:mrow><mml:mi>C</mml:mi><mml:mi>z</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mspace linebreak="nobreak" width="0.125em"/><mml:mo mathvariant="italic">{</mml:mo><mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mi mathvariant="italic">ρ</mml:mi><mml:mo stretchy="false" mathvariant="normal">^</mml:mo></mml:mover><mml:mi>S</mml:mi></mml:msub><mml:mo>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>t</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>)</mml:mo><mml:mo>⊗</mml:mo><mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mi mathvariant="italic">ρ</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="false">^</mml:mo></mml:mover><mml:mrow><mml:msub><mml:mtext>pH</mml:mtext><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="italic">}</mml:mo></mml:mrow><mml:mo mathvariant="normal">︸</mml:mo></mml:munder><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn></mml:munder><mml:mi mathvariant="normal">d</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>.</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula></p>
      <p id="d2e25833">The last term is zero because of the induction hypothesis; see Eqs. (<xref ref-type="disp-formula" rid="App1.Ch1.S3.E95"/>) and (<xref ref-type="disp-formula" rid="App1.Ch1.S2.E84"/>):

          <disp-formula id="App1.Ch1.S3.E99" content-type="numbered"><label>C14</label><mml:math id="M781" display="block"><mml:mrow><mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mover accent="true"><mml:mi mathvariant="bold">F</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="true">^</mml:mo></mml:mover><mml:mo stretchy="true" mathvariant="normal">^</mml:mo></mml:mover><mml:mrow><mml:mi>C</mml:mi><mml:mi>z</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mspace width="0.125em" linebreak="nobreak"/><mml:mo mathvariant="italic">{</mml:mo><mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mi mathvariant="italic">ρ</mml:mi><mml:mo stretchy="false" mathvariant="normal">^</mml:mo></mml:mover><mml:mi>S</mml:mi></mml:msub><mml:mo>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>t</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>)</mml:mo><mml:mo>⊗</mml:mo><mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mi mathvariant="italic">ρ</mml:mi><mml:mo stretchy="false" mathvariant="normal">^</mml:mo></mml:mover><mml:mrow><mml:msub><mml:mtext>pH</mml:mtext><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="italic">}</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn><mml:mo>.</mml:mo></mml:mrow></mml:math></disp-formula>

        Therefore, using Eq. (<xref ref-type="disp-formula" rid="App1.Ch1.S3.E98"/>), we prove the theorem

          <disp-formula id="App1.Ch1.S3.E100" content-type="numbered"><label>C15</label><mml:math id="M782" display="block"><mml:mtable class="split" rowspacing="0.2ex" displaystyle="true" columnalign="right left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mover accent="true"><mml:mi mathvariant="bold">F</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="true">^</mml:mo></mml:mover><mml:mo stretchy="true" mathvariant="normal">^</mml:mo></mml:mover><mml:mrow><mml:mi>C</mml:mi><mml:mi>z</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mspace linebreak="nobreak" width="0.125em"/><mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mi mathvariant="italic">ρ</mml:mi><mml:mo stretchy="false" mathvariant="normal">^</mml:mo></mml:mover><mml:mi>C</mml:mi></mml:msub><mml:mo>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>t</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi></mml:msub><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd/><mml:mtd><mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:munder><mml:munder class="underbrace"><mml:mrow><mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mover accent="true"><mml:mi mathvariant="bold">F</mml:mi><mml:mo stretchy="true" mathvariant="normal">^</mml:mo></mml:mover><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="true">^</mml:mo></mml:mover><mml:mrow><mml:mi>C</mml:mi><mml:mi>z</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mspace width="0.125em" linebreak="nobreak"/><mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mi mathvariant="italic">ρ</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="false">^</mml:mo></mml:mover><mml:mi>C</mml:mi></mml:msub><mml:mo>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>t</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo mathvariant="normal">︸</mml:mo></mml:munder><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn></mml:munder><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mover accent="true"><mml:mi mathvariant="bold">A</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="true">^</mml:mo></mml:mover><mml:mo stretchy="true" mathvariant="normal">^</mml:mo></mml:mover><mml:mi>C</mml:mi></mml:msub><mml:mo>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>t</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>)</mml:mo><mml:munder><mml:munder class="underbrace"><mml:mrow><mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mover accent="true"><mml:mi mathvariant="bold">F</mml:mi><mml:mo stretchy="true" mathvariant="normal">^</mml:mo></mml:mover><mml:mo stretchy="true" mathvariant="normal">^</mml:mo></mml:mover><mml:mrow><mml:mi>C</mml:mi><mml:mi>z</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mspace linebreak="nobreak" width="0.125em"/><mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mi mathvariant="italic">ρ</mml:mi><mml:mo stretchy="false" mathvariant="normal">^</mml:mo></mml:mover><mml:mi>C</mml:mi></mml:msub><mml:mo>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>t</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo mathvariant="normal">︸</mml:mo></mml:munder><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn></mml:munder><mml:mi mathvariant="normal">d</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>

        since <inline-formula><mml:math id="M783" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mover accent="true"><mml:mi mathvariant="bold">F</mml:mi><mml:mo stretchy="true" mathvariant="normal">^</mml:mo></mml:mover><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="true">^</mml:mo></mml:mover><mml:mrow><mml:mi>C</mml:mi><mml:mi>z</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mspace linebreak="nobreak" width="0.125em"/><mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mi mathvariant="italic">ρ</mml:mi><mml:mo stretchy="false" mathvariant="normal">^</mml:mo></mml:mover><mml:mi>C</mml:mi></mml:msub><mml:mo>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>t</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula> from the induction hypothesis; see Eq. (<xref ref-type="disp-formula" rid="App1.Ch1.S3.E95"/>). Therefore, we proved that <inline-formula><mml:math id="M784" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mover accent="true"><mml:mi mathvariant="bold">F</mml:mi><mml:mo stretchy="true" mathvariant="normal">^</mml:mo></mml:mover><mml:mo stretchy="true" mathvariant="normal">^</mml:mo></mml:mover><mml:mrow><mml:mi>C</mml:mi><mml:mi>z</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mspace linebreak="nobreak" width="0.125em"/><mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mi mathvariant="italic">ρ</mml:mi><mml:mo stretchy="false" mathvariant="normal">^</mml:mo></mml:mover><mml:mi>C</mml:mi></mml:msub><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula> for any <inline-formula><mml:math id="M785" display="inline"><mml:mi>t</mml:mi></mml:math></inline-formula>. Similarly, one can show that <inline-formula><mml:math id="M786" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mover accent="true"><mml:mi mathvariant="bold">F</mml:mi><mml:mo stretchy="true" mathvariant="normal">^</mml:mo></mml:mover><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="true">^</mml:mo></mml:mover><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi><mml:mi>z</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mspace width="0.125em" linebreak="nobreak"/><mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mi mathvariant="italic">ρ</mml:mi><mml:mo stretchy="false" mathvariant="normal">^</mml:mo></mml:mover><mml:mi>S</mml:mi></mml:msub><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula> for any <inline-formula><mml:math id="M787" display="inline"><mml:mi>t</mml:mi></mml:math></inline-formula>.</p>
</app>

<app id="App1.Ch1.S4">
  <label>Appendix D</label><title>Asymptotics for the size of the ZQC-reduced SABRE matrix</title>
      <p id="d2e26235">From Eq. (<xref ref-type="disp-formula" rid="Ch1.E28"/>), for the dimension of a ZQC subspace we have

          <disp-formula id="App1.Ch1.S4.E101" content-type="numbered"><label>D1</label><mml:math id="M788" display="block"><mml:mtable rowspacing="0.2ex" class="split" displaystyle="true" columnalign="right left"><mml:mtr><mml:mtd/><mml:mtd><mml:mrow><mml:mtext>dim</mml:mtext><mml:mo>(</mml:mo><mml:mtext>ZQC</mml:mtext><mml:mo>)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd/><mml:mtd><mml:mrow><mml:munderover><mml:mo movablelimits="false">∑</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>F</mml:mi><mml:mi>z</mml:mi></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>-</mml:mo><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>N</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>P</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo><mml:mo>/</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>K</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>N</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>P</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo><mml:mo>/</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>K</mml:mi></mml:mrow></mml:munderover><mml:mo mathsize="2.5em" mathvariant="italic">{</mml:mo><mml:munderover><mml:mo movablelimits="false">∑</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>m</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>K</mml:mi></mml:mrow><mml:mi>K</mml:mi></mml:munderover><mml:mfenced close=")" open="("><mml:mfrac linethickness="0"><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>P</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>F</mml:mi><mml:mi>z</mml:mi></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>N</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>P</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo><mml:mo>/</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mi>m</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mfenced><mml:msup><mml:mo mathsize="2.5em" mathvariant="italic">}</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msup><mml:mo>.</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula></p>
      <p id="d2e26378">Let us rewrite the inner squared sum:

          <disp-formula id="App1.Ch1.S4.E102" content-type="numbered"><label>D2</label><mml:math id="M789" display="block"><mml:mtable class="split" rowspacing="0.2ex" displaystyle="true" columnalign="right left"><mml:mtr><mml:mtd/><mml:mtd><mml:mrow><mml:mtext>dim</mml:mtext><mml:mo>(</mml:mo><mml:mtext>ZQC</mml:mtext><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd/><mml:mtd><mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:munderover><mml:mo movablelimits="false">∑</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>F</mml:mi><mml:mi>z</mml:mi></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>-</mml:mo><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>N</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>P</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo><mml:mo>/</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>K</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>N</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>P</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo><mml:mo>/</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>K</mml:mi></mml:mrow></mml:munderover><mml:munderover><mml:mo movablelimits="false">∑</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>m</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>K</mml:mi></mml:mrow><mml:mi>K</mml:mi></mml:munderover><mml:munderover><mml:mo movablelimits="false">∑</mml:mo><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi>m</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>′</mml:mo></mml:msubsup><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>K</mml:mi></mml:mrow><mml:mi>K</mml:mi></mml:munderover><mml:mfenced open="(" close=")"><mml:mfrac linethickness="0"><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>P</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>F</mml:mi><mml:mi>z</mml:mi></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>N</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>P</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo><mml:mo>/</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mi>m</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mfenced></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd/><mml:mtd><mml:mrow><mml:mo>×</mml:mo><mml:mfenced close=")" open="("><mml:mfrac linethickness="0"><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>P</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>F</mml:mi><mml:mi>z</mml:mi></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>N</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>P</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo><mml:mo>/</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn><mml:mo>-</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>m</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>′</mml:mo></mml:msubsup></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mfenced></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd/><mml:mtd><mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:munderover><mml:mo movablelimits="false">∑</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>m</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>K</mml:mi></mml:mrow><mml:mi>K</mml:mi></mml:munderover><mml:munderover><mml:mo movablelimits="false">∑</mml:mo><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi>m</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>′</mml:mo></mml:msubsup><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>K</mml:mi></mml:mrow><mml:mi>K</mml:mi></mml:munderover><mml:mo mathvariant="italic" mathsize="2.5em">{</mml:mo><mml:munderover><mml:mo movablelimits="false">∑</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>F</mml:mi><mml:mi>z</mml:mi></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>-</mml:mo><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>N</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>P</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo><mml:mo>/</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>K</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>N</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>P</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo><mml:mo>/</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>K</mml:mi></mml:mrow></mml:munderover><mml:mfenced close=")" open="("><mml:mfrac linethickness="0"><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>P</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>F</mml:mi><mml:mi>z</mml:mi></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>N</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>P</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo><mml:mo>/</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mi>m</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mfenced></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd/><mml:mtd><mml:mrow><mml:mo>×</mml:mo><mml:mfenced close=")" open="("><mml:mfrac linethickness="0"><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>P</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>F</mml:mi><mml:mi>z</mml:mi></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>N</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>P</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo><mml:mo>/</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn><mml:mo>-</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>m</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>′</mml:mo></mml:msubsup></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mfenced><mml:mo mathvariant="italic" mathsize="2.5em">}</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>

        where at the last stage we changed the order of the sums. Let us consider the inner sum. We introduce new variables <inline-formula><mml:math id="M790" display="inline"><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mi>F</mml:mi><mml:mi>z</mml:mi></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>N</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>P</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo><mml:mo>/</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mi>m</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, <inline-formula><mml:math id="M791" display="inline"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mi>m</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>m</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>′</mml:mo></mml:msubsup></mml:mrow></mml:math></inline-formula>:

          <disp-formula id="App1.Ch1.S4.E103" content-type="numbered"><label>D3</label><mml:math id="M792" display="block"><mml:mtable rowspacing="0.2ex" class="split" displaystyle="true" columnalign="right left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:munderover><mml:mo movablelimits="false">∑</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>F</mml:mi><mml:mi>z</mml:mi></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>-</mml:mo><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>N</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>P</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo><mml:mo>/</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>K</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>N</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>P</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo><mml:mo>/</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>K</mml:mi></mml:mrow></mml:munderover></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mfenced open="(" close=")"><mml:mfrac linethickness="0"><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>P</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>F</mml:mi><mml:mi>z</mml:mi></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>N</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>P</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo><mml:mo>/</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mi>m</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mfenced></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd/><mml:mtd><mml:mrow><mml:mo>×</mml:mo><mml:mfenced close=")" open="("><mml:mfrac linethickness="0"><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>P</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>F</mml:mi><mml:mi>z</mml:mi></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>N</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>P</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo><mml:mo>/</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn><mml:mo>-</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>m</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>′</mml:mo></mml:msubsup></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mfenced></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd/><mml:mtd><mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:munderover><mml:mo movablelimits="false">∑</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>K</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mi>m</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>P</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>K</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mi>m</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:munderover><mml:mfenced close=")" open="("><mml:mfrac linethickness="0"><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>P</mml:mi></mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mfrac></mml:mfenced><mml:mfenced close=")" open="("><mml:mfrac linethickness="0"><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>P</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mfenced><mml:mo>.</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula></p>
      <p id="d2e27044">The sum is defined only if both binomial coefficients are defined. Therefore, we require <inline-formula><mml:math id="M793" display="inline"><mml:mrow><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn><mml:mo>≤</mml:mo><mml:msub><mml:mi>t</mml:mi><mml:mtext>binom</mml:mtext></mml:msub><mml:mo>≤</mml:mo><mml:mi>N</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>P</mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math id="M794" display="inline"><mml:mrow><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn><mml:mo>≤</mml:mo><mml:msub><mml:mi>t</mml:mi><mml:mtext>binom</mml:mtext></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi><mml:mo>≤</mml:mo><mml:mi>N</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>P</mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula>. When combined, we require <inline-formula><mml:math id="M795" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>t</mml:mi><mml:mtext>binom</mml:mtext></mml:msub><mml:mo>∈</mml:mo><mml:mo>[</mml:mo><mml:mo>max⁡</mml:mo><mml:mo>(</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo><mml:mo>min⁡</mml:mo><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>N</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>P</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>N</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>P</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula>. For example, at <inline-formula><mml:math id="M796" display="inline"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi><mml:mo>&gt;</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula> both binomial coefficients are defined if <inline-formula><mml:math id="M797" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>t</mml:mi><mml:mtext>binom</mml:mtext></mml:msub><mml:mo>∈</mml:mo><mml:mo>[</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>N</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>P</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula>. In turn, the sum itself is taken over <inline-formula><mml:math id="M798" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>t</mml:mi><mml:mtext>sum</mml:mtext></mml:msub><mml:mo>∈</mml:mo><mml:mo>[</mml:mo><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>K</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mi>m</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>N</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>P</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>K</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mi>m</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula>. Fortunately, for all <inline-formula><mml:math id="M799" display="inline"><mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi></mml:math></inline-formula> we have <inline-formula><mml:math id="M800" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>t</mml:mi><mml:mtext>binom</mml:mtext></mml:msub><mml:mo>⊂</mml:mo><mml:msub><mml:mi>t</mml:mi><mml:mtext>sum</mml:mtext></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, and the summation interval always covers <inline-formula><mml:math id="M801" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>t</mml:mi><mml:mtext>binom</mml:mtext></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula>. In this case,  Vandermonde's identity is valid:

          <disp-formula id="App1.Ch1.S4.E104" content-type="numbered"><label>D4</label><mml:math id="M802" display="block"><mml:mtable rowspacing="0.2ex" class="split" displaystyle="true" columnalign="right left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:munderover><mml:mo movablelimits="false">∑</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>K</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mi>m</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>P</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>K</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mi>m</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:munderover></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mfenced open="(" close=")"><mml:mfrac linethickness="0"><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>P</mml:mi></mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mfrac></mml:mfenced><mml:mfenced close=")" open="("><mml:mfrac linethickness="0"><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>P</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mfenced></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd/><mml:mtd><mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfenced close=")" open="("><mml:mfrac linethickness="0"><mml:mrow><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn><mml:mi>N</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn><mml:mi>P</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>P</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mfenced></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd/><mml:mtd><mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfenced open="(" close=")"><mml:mfrac linethickness="0"><mml:mrow><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn><mml:mi>N</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn><mml:mi>P</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>P</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mi>m</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>m</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>′</mml:mo></mml:msubsup></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mfenced><mml:mo>.</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula></p>
      <p id="d2e27432">Thus, we have

          <disp-formula id="App1.Ch1.S4.E105" content-type="numbered"><label>D5</label><mml:math id="M803" display="block"><mml:mrow><mml:mtext>dim</mml:mtext><mml:mo>(</mml:mo><mml:mtext>ZQC</mml:mtext><mml:mo>)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:munderover><mml:mo movablelimits="false">∑</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>m</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>K</mml:mi></mml:mrow><mml:mi>K</mml:mi></mml:munderover><mml:munderover><mml:mo movablelimits="false">∑</mml:mo><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi>m</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>′</mml:mo></mml:msubsup><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>K</mml:mi></mml:mrow><mml:mi>K</mml:mi></mml:munderover><mml:mfenced close=")" open="("><mml:mfrac linethickness="0"><mml:mrow><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn><mml:mi>N</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn><mml:mi>P</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>P</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mi>m</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>m</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>′</mml:mo></mml:msubsup></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mfenced><mml:mo>.</mml:mo></mml:mrow></mml:math></disp-formula></p>
      <p id="d2e27525">If <inline-formula><mml:math id="M804" display="inline"><mml:mrow><mml:msqrt><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>P</mml:mi></mml:mrow></mml:msqrt><mml:mo>≫</mml:mo><mml:mi>K</mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, the Gauss asymptotics is valid for the binomial coefficient

          <disp-formula id="App1.Ch1.S4.E106" content-type="numbered"><label>D6</label><mml:math id="M805" display="block"><mml:mtable class="split" rowspacing="0.2ex" displaystyle="true" columnalign="right left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:mfenced open="(" close=")"><mml:mfrac linethickness="0"><mml:mrow><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn><mml:mi>N</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn><mml:mi>P</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>P</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mi>m</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>m</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>′</mml:mo></mml:msubsup></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mfenced></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mo>∼</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mrow><mml:msup><mml:mn mathvariant="normal">4</mml:mn><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>P</mml:mi></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:msqrt><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">π</mml:mi><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>N</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>P</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:msqrt></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:msup><mml:mi>e</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mo>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>m</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>m</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>′</mml:mo></mml:msubsup><mml:msup><mml:mo>)</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msup><mml:mo>/</mml:mo><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>N</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>P</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd/><mml:mtd><mml:mrow><mml:mo>≈</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mrow><mml:msup><mml:mn mathvariant="normal">4</mml:mn><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>P</mml:mi></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:msqrt><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">π</mml:mi><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>N</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>P</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:msqrt></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mo>.</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula></p>
      <p id="d2e27697">Therefore, the total sum is

          <disp-formula id="App1.Ch1.S4.E107" content-type="numbered"><label>D7</label><mml:math id="M806" display="block"><mml:mtable class="split" rowspacing="0.2ex" displaystyle="true" columnalign="right left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:mtext>dim</mml:mtext><mml:mo>(</mml:mo><mml:mtext>ZQC</mml:mtext><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mo>≈</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mrow><mml:msup><mml:mn mathvariant="normal">4</mml:mn><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>P</mml:mi></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:msqrt><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">π</mml:mi><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>N</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>P</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:msqrt></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:munderover><mml:mo movablelimits="false">∑</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>m</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>K</mml:mi></mml:mrow><mml:mi>K</mml:mi></mml:munderover><mml:munderover><mml:mo movablelimits="false">∑</mml:mo><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi>m</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>′</mml:mo></mml:msubsup><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>K</mml:mi></mml:mrow><mml:mi>K</mml:mi></mml:munderover><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd/><mml:mtd><mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn><mml:mi>K</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:msup><mml:mo>)</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msup></mml:mrow><mml:msqrt><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">π</mml:mi><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>N</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>P</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:msqrt></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:msup><mml:mn mathvariant="normal">4</mml:mn><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>P</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>.</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula></p>
      <p id="d2e27835">The total dimension of the ZQC SABRE matrix is

          <disp-formula id="App1.Ch1.S4.E108" content-type="numbered"><label>D8</label><mml:math id="M807" display="block"><mml:mtable class="split" rowspacing="0.2ex" displaystyle="true" columnalign="right left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:mtext>dim</mml:mtext></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mtext>ZQC SABRE</mml:mtext><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd/><mml:mtd><mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mtext>dim</mml:mtext><mml:mo>(</mml:mo><mml:msub><mml:mtext>ZQC</mml:mtext><mml:mi>S</mml:mi></mml:msub><mml:mo>)</mml:mo><mml:mo>+</mml:mo><mml:mtext>dim</mml:mtext><mml:mo>(</mml:mo><mml:msub><mml:mtext>ZQC</mml:mtext><mml:mi>C</mml:mi></mml:msub><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd/><mml:mtd><mml:mrow><mml:mo>∼</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn><mml:mi>K</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:msup><mml:mo>)</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msup></mml:mrow><mml:msqrt><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">π</mml:mi><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>N</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>P</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:msqrt></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:msup><mml:mn mathvariant="normal">4</mml:mn><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>P</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>+</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn><mml:mi>K</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:msup><mml:mo>)</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msup></mml:mrow><mml:msqrt><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">π</mml:mi><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>N</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>P</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:msqrt></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:msup><mml:mn mathvariant="normal">4</mml:mn><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>P</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd/><mml:mtd><mml:mrow><mml:mo>∼</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn><mml:mi>K</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:msup><mml:mo>)</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msup></mml:mrow><mml:msqrt><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">π</mml:mi><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>N</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>P</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:msqrt></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:msup><mml:mn mathvariant="normal">4</mml:mn><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>P</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>.</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula></p>
</app>

<app id="App1.Ch1.S5">
  <label>Appendix E</label><title>Simulation parameters</title>
      <p id="d2e28049">The <inline-formula><mml:math id="M808" display="inline"><mml:mi>J</mml:mi></mml:math></inline-formula>-coupling constants for the SABRE complex with acetonitrile were taken from <xref ref-type="bibr" rid="bib1.bibx62" id="text.37"/>; see Table <xref ref-type="table" rid="TE1"/>. The <inline-formula><mml:math id="M809" display="inline"><mml:mi>J</mml:mi></mml:math></inline-formula>-coupling constants for [<inline-formula><mml:math id="M810" display="inline"><mml:mrow class="chem"><mml:msup><mml:mi/><mml:mn mathvariant="normal">15</mml:mn></mml:msup><mml:mi mathvariant="normal">N</mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula>,<inline-formula><mml:math id="M811" display="inline"><mml:mrow class="chem"><mml:msup><mml:mi/><mml:mn mathvariant="normal">13</mml:mn></mml:msup><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">C</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">4</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula>]butyronitrile (Table <xref ref-type="table" rid="TE2"/>) are based on our experimental measurements. These data will be discussed comprehensively in a subsequent paper <xref ref-type="bibr" rid="bib1.bibx36" id="paren.38"/>. For simplicity, in all cases we assumed that the <inline-formula><mml:math id="M812" display="inline"><mml:mi>J</mml:mi></mml:math></inline-formula>-coupling network between the nuclei within the substrates remains unchanged upon binding to the complex.</p>

<table-wrap id="TE1"><label>Table E1</label><caption><p id="d2e28114">Simulation NMR parameters used for <inline-formula><mml:math id="M813" display="inline"><mml:mrow><mml:msup><mml:mo>[</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">15</mml:mn></mml:msup><mml:mtext>N</mml:mtext><mml:msup><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">13</mml:mn></mml:msup><mml:msub><mml:mtext>C</mml:mtext><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula>acetonitrile.</p></caption><oasis:table frame="topbot"><oasis:tgroup cols="8">
     <oasis:colspec colnum="1" colname="col1" align="left"/>
     <oasis:colspec colnum="2" colname="col2" align="right"/>
     <oasis:colspec colnum="3" colname="col3" align="right"/>
     <oasis:colspec colnum="4" colname="col4" align="right"/>
     <oasis:colspec colnum="5" colname="col5" align="right"/>
     <oasis:colspec colnum="6" colname="col6" align="right"/>
     <oasis:colspec colnum="7" colname="col7" align="right"/>
     <oasis:colspec colnum="8" colname="col8" align="right"/>
     <oasis:thead>
       <oasis:row rowsep="1">
         <oasis:entry colname="col1"><inline-formula><mml:math id="M815" display="inline"><mml:mi>J</mml:mi></mml:math></inline-formula>, Hz</oasis:entry>
         <oasis:entry colname="col2">Ha</oasis:entry>
         <oasis:entry colname="col3">Hb</oasis:entry>
         <oasis:entry colname="col4">1-<inline-formula><mml:math id="M816" display="inline"><mml:mrow class="chem"><mml:msup><mml:mi/><mml:mn mathvariant="normal">15</mml:mn></mml:msup><mml:mi mathvariant="normal">N</mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula></oasis:entry>
         <oasis:entry colname="col5">2-<inline-formula><mml:math id="M817" display="inline"><mml:mrow class="chem"><mml:msup><mml:mi/><mml:mn mathvariant="normal">13</mml:mn></mml:msup><mml:mi mathvariant="normal">C</mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula></oasis:entry>
         <oasis:entry colname="col6">3-<inline-formula><mml:math id="M818" display="inline"><mml:mrow class="chem"><mml:msup><mml:mi/><mml:mn mathvariant="normal">13</mml:mn></mml:msup><mml:mi mathvariant="normal">C</mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula></oasis:entry>
         <oasis:entry colname="col7"><inline-formula><mml:math id="M819" display="inline"><mml:mrow class="chem"><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">CH</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">3</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula></oasis:entry>
         <oasis:entry colname="col8"><inline-formula><mml:math id="M820" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>T</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, s</oasis:entry>
       </oasis:row>
     </oasis:thead>
     <oasis:tbody>
       <oasis:row>
         <oasis:entry colname="col1">Ha</oasis:entry>
         <oasis:entry colname="col2"/>
         <oasis:entry colname="col3"><inline-formula><mml:math id="M821" display="inline"><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">7.6</mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula></oasis:entry>
         <oasis:entry colname="col4"><inline-formula><mml:math id="M822" display="inline"><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">25</mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula></oasis:entry>
         <oasis:entry colname="col5"><inline-formula><mml:math id="M823" display="inline"><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">5</mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula></oasis:entry>
         <oasis:entry colname="col6"><inline-formula><mml:math id="M824" display="inline"><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula></oasis:entry>
         <oasis:entry colname="col7"><inline-formula><mml:math id="M825" display="inline"><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">0.5</mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula></oasis:entry>
         <oasis:entry colname="col8">1</oasis:entry>
       </oasis:row>
       <oasis:row>
         <oasis:entry colname="col1">Hb</oasis:entry>
         <oasis:entry colname="col2"/>
         <oasis:entry colname="col3"/>
         <oasis:entry colname="col4">1</oasis:entry>
         <oasis:entry colname="col5">0</oasis:entry>
         <oasis:entry colname="col6">0</oasis:entry>
         <oasis:entry colname="col7">0</oasis:entry>
         <oasis:entry colname="col8">1</oasis:entry>
       </oasis:row>
       <oasis:row>
         <oasis:entry colname="col1">1-<inline-formula><mml:math id="M826" display="inline"><mml:mrow class="chem"><mml:msup><mml:mi/><mml:mn mathvariant="normal">15</mml:mn></mml:msup><mml:mi mathvariant="normal">N</mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula></oasis:entry>
         <oasis:entry colname="col2"/>
         <oasis:entry colname="col3"/>
         <oasis:entry colname="col4"/>
         <oasis:entry colname="col5"><inline-formula><mml:math id="M827" display="inline"><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">18</mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula></oasis:entry>
         <oasis:entry colname="col6">1</oasis:entry>
         <oasis:entry colname="col7"><inline-formula><mml:math id="M828" display="inline"><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1.6</mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula></oasis:entry>
         <oasis:entry colname="col8">3 (30)</oasis:entry>
       </oasis:row>
       <oasis:row>
         <oasis:entry colname="col1">2-<inline-formula><mml:math id="M829" display="inline"><mml:mrow class="chem"><mml:msup><mml:mi/><mml:mn mathvariant="normal">13</mml:mn></mml:msup><mml:mi mathvariant="normal">C</mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula></oasis:entry>
         <oasis:entry colname="col2"/>
         <oasis:entry colname="col3"/>
         <oasis:entry colname="col4"/>
         <oasis:entry colname="col5"/>
         <oasis:entry colname="col6">58</oasis:entry>
         <oasis:entry colname="col7"><inline-formula><mml:math id="M830" display="inline"><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">9</mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula></oasis:entry>
         <oasis:entry colname="col8">3 (30)</oasis:entry>
       </oasis:row>
       <oasis:row>
         <oasis:entry colname="col1">3-<inline-formula><mml:math id="M831" display="inline"><mml:mrow class="chem"><mml:msup><mml:mi/><mml:mn mathvariant="normal">13</mml:mn></mml:msup><mml:mi mathvariant="normal">C</mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula></oasis:entry>
         <oasis:entry colname="col2"/>
         <oasis:entry colname="col3"/>
         <oasis:entry colname="col4"/>
         <oasis:entry colname="col5"/>
         <oasis:entry colname="col6"/>
         <oasis:entry colname="col7">136</oasis:entry>
         <oasis:entry colname="col8">3 (30)</oasis:entry>
       </oasis:row>
       <oasis:row>
         <oasis:entry colname="col1"><inline-formula><mml:math id="M832" display="inline"><mml:mrow class="chem"><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">CH</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">3</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula></oasis:entry>
         <oasis:entry colname="col2"/>
         <oasis:entry colname="col3"/>
         <oasis:entry colname="col4"/>
         <oasis:entry colname="col5"/>
         <oasis:entry colname="col6"/>
         <oasis:entry colname="col7"/>
         <oasis:entry colname="col8">1 (1)</oasis:entry>
       </oasis:row>
     </oasis:tbody>
   </oasis:tgroup></oasis:table><table-wrap-foot><p id="d2e28142">Ha, Hb denote the hydride ligands.The values of T<sub>1</sub> in brackets correspond to the free substrate.</p></table-wrap-foot></table-wrap>

<table-wrap id="TE2"><label>Table E2</label><caption><p id="d2e28530">Simulation NMR parameters used for [<inline-formula><mml:math id="M833" display="inline"><mml:mrow class="chem"><mml:msup><mml:mi/><mml:mn mathvariant="normal">15</mml:mn></mml:msup><mml:mi mathvariant="normal">N</mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula>,<inline-formula><mml:math id="M834" display="inline"><mml:mrow class="chem"><mml:msup><mml:mi/><mml:mn mathvariant="normal">13</mml:mn></mml:msup><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">C</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">4</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula>]butyronitrile.</p></caption><oasis:table frame="topbot"><oasis:tgroup cols="12">
     <oasis:colspec colnum="1" colname="col1" align="left"/>
     <oasis:colspec colnum="2" colname="col2" align="right"/>
     <oasis:colspec colnum="3" colname="col3" align="right"/>
     <oasis:colspec colnum="4" colname="col4" align="right"/>
     <oasis:colspec colnum="5" colname="col5" align="right"/>
     <oasis:colspec colnum="6" colname="col6" align="right"/>
     <oasis:colspec colnum="7" colname="col7" align="right"/>
     <oasis:colspec colnum="8" colname="col8" align="right"/>
     <oasis:colspec colnum="9" colname="col9" align="right"/>
     <oasis:colspec colnum="10" colname="col10" align="right"/>
     <oasis:colspec colnum="11" colname="col11" align="right"/>
     <oasis:colspec colnum="12" colname="col12" align="right"/>
     <oasis:thead>
       <oasis:row rowsep="1">
         <oasis:entry colname="col1"><inline-formula><mml:math id="M840" display="inline"><mml:mi>J</mml:mi></mml:math></inline-formula>, Hz</oasis:entry>
         <oasis:entry colname="col2">Ha</oasis:entry>
         <oasis:entry colname="col3">Hb</oasis:entry>
         <oasis:entry colname="col4">1-<inline-formula><mml:math id="M841" display="inline"><mml:mrow class="chem"><mml:msup><mml:mi/><mml:mn mathvariant="normal">15</mml:mn></mml:msup><mml:mi mathvariant="normal">N</mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula></oasis:entry>
         <oasis:entry colname="col5">2-<inline-formula><mml:math id="M842" display="inline"><mml:mrow class="chem"><mml:msup><mml:mi/><mml:mn mathvariant="normal">13</mml:mn></mml:msup><mml:mi mathvariant="normal">C</mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula></oasis:entry>
         <oasis:entry colname="col6">3-<inline-formula><mml:math id="M843" display="inline"><mml:mrow class="chem"><mml:msup><mml:mi/><mml:mn mathvariant="normal">13</mml:mn></mml:msup><mml:mi mathvariant="normal">C</mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula></oasis:entry>
         <oasis:entry colname="col7">4-<inline-formula><mml:math id="M844" display="inline"><mml:mrow class="chem"><mml:msup><mml:mi/><mml:mn mathvariant="normal">13</mml:mn></mml:msup><mml:mi mathvariant="normal">C</mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula></oasis:entry>
         <oasis:entry colname="col8">5-<inline-formula><mml:math id="M845" display="inline"><mml:mrow class="chem"><mml:msup><mml:mi/><mml:mn mathvariant="normal">13</mml:mn></mml:msup><mml:mi mathvariant="normal">C</mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula></oasis:entry>
         <oasis:entry colname="col9">3-<inline-formula><mml:math id="M846" display="inline"><mml:mrow class="chem"><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">CH</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula></oasis:entry>
         <oasis:entry colname="col10">4-<inline-formula><mml:math id="M847" display="inline"><mml:mrow class="chem"><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">CH</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula></oasis:entry>
         <oasis:entry colname="col11"><inline-formula><mml:math id="M848" display="inline"><mml:mrow class="chem"><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">CH</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">3</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula></oasis:entry>
         <oasis:entry colname="col12"><inline-formula><mml:math id="M849" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>T</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, s</oasis:entry>
       </oasis:row>
     </oasis:thead>
     <oasis:tbody>
       <oasis:row>
         <oasis:entry colname="col1">Ha</oasis:entry>
         <oasis:entry colname="col2"/>
         <oasis:entry colname="col3"><inline-formula><mml:math id="M850" display="inline"><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">7.6</mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula></oasis:entry>
         <oasis:entry colname="col4"><inline-formula><mml:math id="M851" display="inline"><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">25.6</mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula></oasis:entry>
         <oasis:entry colname="col5">12</oasis:entry>
         <oasis:entry colname="col6">0</oasis:entry>
         <oasis:entry colname="col7">0</oasis:entry>
         <oasis:entry colname="col8">0</oasis:entry>
         <oasis:entry colname="col9">0</oasis:entry>
         <oasis:entry colname="col10">0</oasis:entry>
         <oasis:entry colname="col11">0</oasis:entry>
         <oasis:entry colname="col12">1</oasis:entry>
       </oasis:row>
       <oasis:row>
         <oasis:entry colname="col1">Hb</oasis:entry>
         <oasis:entry colname="col2"/>
         <oasis:entry colname="col3"/>
         <oasis:entry colname="col4">1.5</oasis:entry>
         <oasis:entry colname="col5">0</oasis:entry>
         <oasis:entry colname="col6">0</oasis:entry>
         <oasis:entry colname="col7">0</oasis:entry>
         <oasis:entry colname="col8">0</oasis:entry>
         <oasis:entry colname="col9">0</oasis:entry>
         <oasis:entry colname="col10">0</oasis:entry>
         <oasis:entry colname="col11">0</oasis:entry>
         <oasis:entry colname="col12">1</oasis:entry>
       </oasis:row>
       <oasis:row>
         <oasis:entry colname="col1">1-<inline-formula><mml:math id="M852" display="inline"><mml:mrow class="chem"><mml:msup><mml:mi/><mml:mn mathvariant="normal">15</mml:mn></mml:msup><mml:mi mathvariant="normal">N</mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula></oasis:entry>
         <oasis:entry colname="col2"/>
         <oasis:entry colname="col3"/>
         <oasis:entry colname="col4"/>
         <oasis:entry colname="col5">17.4</oasis:entry>
         <oasis:entry colname="col6"><inline-formula><mml:math id="M853" display="inline"><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">2.9</mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula></oasis:entry>
         <oasis:entry colname="col7">0.6</oasis:entry>
         <oasis:entry colname="col8">0.005</oasis:entry>
         <oasis:entry colname="col9">1.7</oasis:entry>
         <oasis:entry colname="col10">0.03</oasis:entry>
         <oasis:entry colname="col11"><inline-formula><mml:math id="M854" display="inline"><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">0.005</mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula></oasis:entry>
         <oasis:entry colname="col12">3 (30)</oasis:entry>
       </oasis:row>
       <oasis:row>
         <oasis:entry colname="col1">2-<inline-formula><mml:math id="M855" display="inline"><mml:mrow class="chem"><mml:msup><mml:mi/><mml:mn mathvariant="normal">13</mml:mn></mml:msup><mml:mi mathvariant="normal">C</mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula></oasis:entry>
         <oasis:entry colname="col2"/>
         <oasis:entry colname="col3"/>
         <oasis:entry colname="col4"/>
         <oasis:entry colname="col5"/>
         <oasis:entry colname="col6">55.2</oasis:entry>
         <oasis:entry colname="col7"><inline-formula><mml:math id="M856" display="inline"><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">2.8</mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula></oasis:entry>
         <oasis:entry colname="col8">3.5</oasis:entry>
         <oasis:entry colname="col9"><inline-formula><mml:math id="M857" display="inline"><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">9.6</mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula></oasis:entry>
         <oasis:entry colname="col10">6.4</oasis:entry>
         <oasis:entry colname="col11"><inline-formula><mml:math id="M858" display="inline"><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">0.03</mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula></oasis:entry>
         <oasis:entry colname="col12">3 (30)</oasis:entry>
       </oasis:row>
       <oasis:row>
         <oasis:entry colname="col1">3-<inline-formula><mml:math id="M859" display="inline"><mml:mrow class="chem"><mml:msup><mml:mi/><mml:mn mathvariant="normal">13</mml:mn></mml:msup><mml:mi mathvariant="normal">C</mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula></oasis:entry>
         <oasis:entry colname="col2"/>
         <oasis:entry colname="col3"/>
         <oasis:entry colname="col4"/>
         <oasis:entry colname="col5"/>
         <oasis:entry colname="col6"/>
         <oasis:entry colname="col7">33.0</oasis:entry>
         <oasis:entry colname="col8"><inline-formula><mml:math id="M860" display="inline"><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1.0</mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula></oasis:entry>
         <oasis:entry colname="col9">135.2</oasis:entry>
         <oasis:entry colname="col10"><inline-formula><mml:math id="M861" display="inline"><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">4.1</mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula></oasis:entry>
         <oasis:entry colname="col11">6.4</oasis:entry>
         <oasis:entry colname="col12">3 (30)</oasis:entry>
       </oasis:row>
       <oasis:row>
         <oasis:entry colname="col1">4-<inline-formula><mml:math id="M862" display="inline"><mml:mrow class="chem"><mml:msup><mml:mi/><mml:mn mathvariant="normal">13</mml:mn></mml:msup><mml:mi mathvariant="normal">C</mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula></oasis:entry>
         <oasis:entry colname="col2"/>
         <oasis:entry colname="col3"/>
         <oasis:entry colname="col4"/>
         <oasis:entry colname="col5"/>
         <oasis:entry colname="col6"/>
         <oasis:entry colname="col7"/>
         <oasis:entry colname="col8">34.8</oasis:entry>
         <oasis:entry colname="col9"><inline-formula><mml:math id="M863" display="inline"><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">5.1</mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula></oasis:entry>
         <oasis:entry colname="col10">130.6</oasis:entry>
         <oasis:entry colname="col11"><inline-formula><mml:math id="M864" display="inline"><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">4.5</mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula></oasis:entry>
         <oasis:entry colname="col12">3 (30)</oasis:entry>
       </oasis:row>
       <oasis:row>
         <oasis:entry colname="col1">5-<inline-formula><mml:math id="M865" display="inline"><mml:mrow class="chem"><mml:msup><mml:mi/><mml:mn mathvariant="normal">13</mml:mn></mml:msup><mml:mi mathvariant="normal">C</mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula></oasis:entry>
         <oasis:entry colname="col2"/>
         <oasis:entry colname="col3"/>
         <oasis:entry colname="col4"/>
         <oasis:entry colname="col5"/>
         <oasis:entry colname="col6"/>
         <oasis:entry colname="col7"/>
         <oasis:entry colname="col8"/>
         <oasis:entry colname="col9">4.8</oasis:entry>
         <oasis:entry colname="col10"><inline-formula><mml:math id="M866" display="inline"><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">4.2</mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula></oasis:entry>
         <oasis:entry colname="col11">126.1</oasis:entry>
         <oasis:entry colname="col12">3 (30)</oasis:entry>
       </oasis:row>
       <oasis:row>
         <oasis:entry colname="col1">3-<inline-formula><mml:math id="M867" display="inline"><mml:mrow class="chem"><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">CH</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula></oasis:entry>
         <oasis:entry colname="col2"/>
         <oasis:entry colname="col3"/>
         <oasis:entry colname="col4"/>
         <oasis:entry colname="col5"/>
         <oasis:entry colname="col6"/>
         <oasis:entry colname="col7"/>
         <oasis:entry colname="col8"/>
         <oasis:entry colname="col9"/>
         <oasis:entry colname="col10">7.0</oasis:entry>
         <oasis:entry colname="col11"><inline-formula><mml:math id="M868" display="inline"><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">0.04</mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula></oasis:entry>
         <oasis:entry colname="col12">1 (1)</oasis:entry>
       </oasis:row>
       <oasis:row>
         <oasis:entry colname="col1">4-<inline-formula><mml:math id="M869" display="inline"><mml:mrow class="chem"><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">CH</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula></oasis:entry>
         <oasis:entry colname="col2"/>
         <oasis:entry colname="col3"/>
         <oasis:entry colname="col4"/>
         <oasis:entry colname="col5"/>
         <oasis:entry colname="col6"/>
         <oasis:entry colname="col7"/>
         <oasis:entry colname="col8"/>
         <oasis:entry colname="col9"/>
         <oasis:entry colname="col10"/>
         <oasis:entry colname="col11">7.4</oasis:entry>
         <oasis:entry colname="col12">1 (1)</oasis:entry>
       </oasis:row>
       <oasis:row>
         <oasis:entry colname="col1"><inline-formula><mml:math id="M870" display="inline"><mml:mrow class="chem"><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">CH</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">3</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula></oasis:entry>
         <oasis:entry colname="col2"/>
         <oasis:entry colname="col3"/>
         <oasis:entry colname="col4"/>
         <oasis:entry colname="col5"/>
         <oasis:entry colname="col6"/>
         <oasis:entry colname="col7"/>
         <oasis:entry colname="col8"/>
         <oasis:entry colname="col9"/>
         <oasis:entry colname="col10"/>
         <oasis:entry colname="col11"/>
         <oasis:entry colname="col12">1 (1)</oasis:entry>
       </oasis:row>
     </oasis:tbody>
   </oasis:tgroup></oasis:table><table-wrap-foot><p id="d2e28560">Ha, Hb denote the hydride ligands.The values of <inline-formula><mml:math id="M835" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>T</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> in brackets correspond to the free substrate.3-CH<sub>2</sub>/4-CH<sub>2</sub> are the methylene protons at the 3-<sup>13</sup>C/4-<sup>13</sup>C positions.</p></table-wrap-foot></table-wrap>

</app>
  </app-group><notes notes-type="codeavailability"><title>Code availability</title>

      <p id="d2e29341">The Python scripts used for SABRE simulations with the zero-quantum coherence reduction is available at <ext-link xlink:href="https://doi.org/10.5281/zenodo.18083297" ext-link-type="DOI">10.5281/zenodo.18083297</ext-link> <xref ref-type="bibr" rid="bib1.bibx56" id="paren.39"/>.</p>
  </notes><notes notes-type="dataavailability"><title>Data availability</title>

      <p id="d2e29353">All data presented in this study were generated by the accompanying code, as described in the main text. No external or observational datasets were used. The generated datasets can be fully reproduced using the code provided in the “Code availability” section.</p>
  </notes><notes notes-type="authorcontribution"><title>Author contributions</title>

      <p id="d2e29359">DM – conceptualization (lead), writing the paper (lead), formal analysis (lead), data analysis (lead), code writing (lead), data visualization (lead); AS – data analysis (supporting), formal analysis (supporting), code writing (supporting); AK – conceptualization (supporting), data analysis (supporting), data visualization (supporting), project administration (equal); DB – writing the paper (supporting), formal analysis (supporting), project administration (equal); AY – writing the paper (supporting), project administration (equal).</p>
  </notes><notes notes-type="competinginterests"><title>Competing interests</title>

      <p id="d2e29365">At least one of the (co-)authors is a member of the editorial board of <italic>Magnetic Resonance</italic>. The peer-review process was guided by an independent editor, and the authors also have no other competing interests to declare.</p>
  </notes><notes notes-type="disclaimer"><title>Disclaimer</title>

      <p id="d2e29374">Publisher's note: Copernicus Publications remains neutral with regard to jurisdictional claims made in the text, published maps, institutional affiliations, or any other geographical representation in this paper. The authors bear the ultimate responsibility for providing appropriate place names. Views expressed in the text are those of the authors and do not necessarily reflect the views of the publisher.</p>
  </notes><ack><title>Acknowledgements</title><p id="d2e29382">DM, AS, AK, and AY thank the Ministry of Science and Higher Education of the Russian Federation. DB thanks the University of Miami Provost's research award.</p></ack><notes notes-type="financialsupport"><title>Financial support</title>

      <p id="d2e29388">This research has been supported by the Russian Science Foundation (grant no. 25-23-00607). Publisher’s note: the article processing charges for this publication were not paid by a Russian or Belarusian institution.</p>
  </notes><notes notes-type="reviewstatement"><title>Review statement</title>

      <p id="d2e29396">This paper was edited by Malcolm Levitt and reviewed by two anonymous referees.</p>
  </notes><ref-list>
    <title>References</title>

      <ref id="bib1.bibx1"><label>Abergel and Palmer(2005)</label><mixed-citation>Abergel, D. and Palmer, A. G.: A Markov Model for Relaxation and Exchange in NMR Spectroscopy, J. Phys. Chem. B, 109, 4837–4844, <ext-link xlink:href="https://doi.org/10.1021/jp0458304" ext-link-type="DOI">10.1021/jp0458304</ext-link>, 2005.</mixed-citation></ref>
      <ref id="bib1.bibx2"><label>Adams et al.(2009)Adams, Aguilar, Atkinson, Cowley, Elliott, Duckett, Green, Khazal, López-Serrano, and Williamson</label><mixed-citation>Adams, R. W., Aguilar, J. A., Atkinson, K. D., Cowley, M. J., Elliott, P. I. P., Duckett, S. B., Green, G. G. R., Khazal, I. G., López-Serrano, J., and Williamson, D. C.: Reversible Interactions with para-Hydrogen Enhance NMR Sensitivity by Polarization Transfer, Science, 323, 1708–1711, <ext-link xlink:href="https://doi.org/10.1126/science.1168877" ext-link-type="DOI">10.1126/science.1168877</ext-link>, 2009.</mixed-citation></ref>
      <ref id="bib1.bibx3"><label>Angelovski et al.(2023)Angelovski, Tickner, and Wang</label><mixed-citation>Angelovski, G., Tickner, B. J., and Wang, G.: Opportunities and Challenges with Hyperpolarized Bioresponsive Probes for Functional Imaging using Magnetic Resonance, Nat. Chem., 15, 755–763, <ext-link xlink:href="https://doi.org/10.1038/s41557-023-01211-3" ext-link-type="DOI">10.1038/s41557-023-01211-3</ext-link>, 2023.</mixed-citation></ref>
      <ref id="bib1.bibx4"><label>Atkinson et al.(2009)Atkinson, Cowley, Elliott, Duckett, Green, López-Serrano, and Whitwood</label><mixed-citation>Atkinson, K. D., Cowley, M. J., Elliott, P. I. P., Duckett, S. B., Green, G. G. R., López-Serrano, J., and Whitwood, A. C.: Spontaneous Transfer of Parahydrogen Derived Spin Order to Pyridine at Low Magnetic Field, J. Am. Chem. Soc., 131, 13362–13368, <ext-link xlink:href="https://doi.org/10.1021/ja903601p" ext-link-type="DOI">10.1021/ja903601p</ext-link>, 2009.</mixed-citation></ref>
      <ref id="bib1.bibx5"><label>Barskiy and Pravdivtsev(2025)</label><mixed-citation>Barskiy, D. A. and Pravdivtsev, A. N.: Magnetization and Polarization of Coupled Nuclear Spins Ensembles at High Magnetic Fields, ChemPhysChem, 26, 2500092, <ext-link xlink:href="https://doi.org/10.1002/cphc.202500092" ext-link-type="DOI">10.1002/cphc.202500092</ext-link>, 2025.</mixed-citation></ref>
      <ref id="bib1.bibx6"><label>Barskiy et al.(2019a)Barskiy, Knecht, Yurkovskaya, and Ivanov</label><mixed-citation>Barskiy, D. A., Knecht, S., Yurkovskaya, A. V., and Ivanov, K. L.: SABRE: Chemical Kinetics and Spin Dynamics of the Formation of Hyperpolarization, Prog. Nucl. Mag. Res. Sp., 114–115, 33–70, <ext-link xlink:href="https://doi.org/10.1016/j.pnmrs.2019.05.005" ext-link-type="DOI">10.1016/j.pnmrs.2019.05.005</ext-link>, 2019a.</mixed-citation></ref>
      <ref id="bib1.bibx7"><label>Barskiy et al.(2019b)Barskiy, Tayler, Marco-Rius, Kurhanewicz, Vigneron, Cikrikci, Aydogdu, Reh, Pravdivtsev, Hövener, Blanchard, Wu, Budker, and Pines</label><mixed-citation>Barskiy, D. A., Tayler, M. C. D., Marco-Rius, I., Kurhanewicz, J., Vigneron, D. B., Cikrikci, S., Aydogdu, A., Reh, M., Pravdivtsev, A. N., Hövener, J.-B., Blanchard, J. W., Wu, T., Budker, D., and Pines, A.: Zero-Field Nuclear Magnetic Resonance of Chemically Exchanging Systems, Nat. Commun., 10, 3002, <ext-link xlink:href="https://doi.org/10.1038/s41467-019-10787-9" ext-link-type="DOI">10.1038/s41467-019-10787-9</ext-link>, 2019b.</mixed-citation></ref>
      <ref id="bib1.bibx8"><label>Barskiy et al.(2025)Barskiy, Blanchard, Budker, Eills, Pustelny, Sheberstov, Tayler, and Trabesinger</label><mixed-citation>Barskiy, D. A., Blanchard, J. W., Budker, D., Eills, J., Pustelny, S., Sheberstov, K. F., Tayler, M. C. D., and Trabesinger, A. H.: Zero- to Ultralow-field Nuclear Magnetic Resonance, Prog. Nucl. Mag. Res. Sp., 148–149, 101558, <ext-link xlink:href="https://doi.org/10.1016/j.pnmrs.2025.101558" ext-link-type="DOI">10.1016/j.pnmrs.2025.101558</ext-link>, 2025.</mixed-citation></ref>
      <ref id="bib1.bibx9"><label>Blanchard and Budker(2016)</label><mixed-citation>Blanchard, J. W. and Budker, D.: Zero- to Ultralow-field NMR, eMagRes, 5, 1395–1409, <ext-link xlink:href="https://doi.org/10.1002/9780470034590.emrstm1369" ext-link-type="DOI">10.1002/9780470034590.emrstm1369</ext-link>, 2016.</mixed-citation></ref>
      <ref id="bib1.bibx10"><label>Blanchard et al.(2013)Blanchard, Ledbetter, Theis, Butler, Budker, and Pines</label><mixed-citation>Blanchard, J. W., Ledbetter, M. P., Theis, T., Butler, M. C., Budker, D., and Pines, A.: High-Resolution Zero-Field NMR <inline-formula><mml:math id="M871" display="inline"><mml:mi>J</mml:mi></mml:math></inline-formula>-Spectroscopy of Aromatic Compounds, J. Am. Chem. Soc., 135, 3607–3612, <ext-link xlink:href="https://doi.org/10.1021/ja312239v" ext-link-type="DOI">10.1021/ja312239v</ext-link>, 2013.</mixed-citation></ref>
      <ref id="bib1.bibx11"><label>Blanchard et al.(2015)Blanchard, Sjolander, King, Ledbetter, Levine, Bajaj, Budker, and Pines</label><mixed-citation>Blanchard, J. W., Sjolander, T. F., King, J. P., Ledbetter, M. P., Levine, E. H., Bajaj, V. S., Budker, D., and Pines, A.: Measurement of Untruncated Nuclear Spin Interactions via Zero- to Ultralow-field Nuclear Magnetic Resonance, Phys. Rev. B, 92, 220202, <ext-link xlink:href="https://doi.org/10.1103/PhysRevB.92.220202" ext-link-type="DOI">10.1103/PhysRevB.92.220202</ext-link>, 2015.</mixed-citation></ref>
      <ref id="bib1.bibx12"><label>Blanchard et al.(2020)Blanchard, Wu, Eills, Hu, and Budker</label><mixed-citation>Blanchard, J. W., Wu, T., Eills, J., Hu, Y., and Budker, D.: Zero- to Ultralow-field Nuclear Magnetic Resonance <inline-formula><mml:math id="M872" display="inline"><mml:mi>J</mml:mi></mml:math></inline-formula>-Spectroscopy with Commercial Atomic Magnetometers, J. Magn. Reson., 314, <ext-link xlink:href="https://doi.org/10.1016/j.jmr.2020.106723" ext-link-type="DOI">10.1016/j.jmr.2020.106723</ext-link>, 2020.</mixed-citation></ref>
      <ref id="bib1.bibx13"><label>Boutin et al.(2011)Boutin, Desvaux, Carrière, Leteurtre, Jamin, Boulard, and Berthault</label><mixed-citation>Boutin, C., Desvaux, H., Carrière, M., Leteurtre, F., Jamin, N., Boulard, Y., and Berthault, P.: Hyperpolarized <inline-formula><mml:math id="M873" display="inline"><mml:mrow class="chem"><mml:msup><mml:mi/><mml:mn mathvariant="normal">129</mml:mn></mml:msup><mml:mi mathvariant="normal">Xe</mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> NMR Signature of Living Biological Cells, NMR Biomed., 24, 1264–1269, <ext-link xlink:href="https://doi.org/10.1002/nbm.1686" ext-link-type="DOI">10.1002/nbm.1686</ext-link>, 2011.</mixed-citation></ref>
      <ref id="bib1.bibx14"><label>Buckenmaier et al.(2025)Buckenmaier, Neumann, Bullinger, Kempf, Povolni, Engelmann, Samlow, Hövener, Scheffler, Ortmeier, Plaumann, Körber, Theis, and Pravdivtsev</label><mixed-citation>Buckenmaier, K., Neumann, R., Bullinger, F., Kempf, N., Povolni, P., Engelmann, J., Samlow, J., Hövener, J.-B., Scheffler, K., Ortmeier, A., Plaumann, M., Körber, R., Theis, T., and Pravdivtsev, A. N.: Indirect Zero-Field Nuclear Magnetic Resonance Spectroscopy, Anal. Chem., 97, 17336–17344, <ext-link xlink:href="https://doi.org/10.1021/acs.analchem.5c00874" ext-link-type="DOI">10.1021/acs.analchem.5c00874</ext-link>, 2025.</mixed-citation></ref>
      <ref id="bib1.bibx15"><label>Buntkowsky et al.(2022)Buntkowsky, Theiss, Lins, Miloslavina, Wienands, Kiryutin, and Yurkovskaya</label><mixed-citation>Buntkowsky, G., Theiss, F., Lins, J., Miloslavina, Y. A., Wienands, L., Kiryutin, A., and Yurkovskaya, A.: Recent Advances in the Application of Parahydrogen in Catalysis and Biochemistry, RSC Adv., 12, 12477–12506, <ext-link xlink:href="https://doi.org/10.1039/D2RA01346K" ext-link-type="DOI">10.1039/D2RA01346K</ext-link>, 2022.</mixed-citation></ref>
      <ref id="bib1.bibx16"><label>Burns et al.(2015)Burns, Rayner, Green, Highton, Mewis, and Duckett</label><mixed-citation>Burns, M. J., Rayner, P. J., Green, G. G. R., Highton, L. A. R., Mewis, R. E., and Duckett, S. B.: Improving the Hyperpolarization of <inline-formula><mml:math id="M874" display="inline"><mml:mrow class="chem"><mml:msup><mml:mi/><mml:mn mathvariant="normal">31</mml:mn></mml:msup><mml:mi mathvariant="normal">P</mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> Nuclei by Synthetic Design, J. Phys. Chem. B, 119, 5020–5027, <ext-link xlink:href="https://doi.org/10.1021/acs.jpcb.5b00686" ext-link-type="DOI">10.1021/acs.jpcb.5b00686</ext-link>, 2015.</mixed-citation></ref>
      <ref id="bib1.bibx17"><label>Cavallari et al.(2018)Cavallari, Carrera, Sorge, Bonne, Muchir, Aime, and Reineri</label><mixed-citation>Cavallari, E., Carrera, C., Sorge, M., Bonne, G., Muchir, A., Aime, S., and Reineri, F.: The <inline-formula><mml:math id="M875" display="inline"><mml:mrow class="chem"><mml:msup><mml:mi/><mml:mn mathvariant="normal">13</mml:mn></mml:msup><mml:mi mathvariant="normal">C</mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> Hyperpolarized Pyruvate Generated by Parahydrogen Detects the Response of the Heart to Altered Metabolism in Real Time, Sci. Rep.-UK, 8, 8366, <ext-link xlink:href="https://doi.org/10.1038/s41598-018-26583-2" ext-link-type="DOI">10.1038/s41598-018-26583-2</ext-link>, 2018.</mixed-citation></ref>
      <ref id="bib1.bibx18"><label>Cho et al.(2019)Cho, Eskandari, Granlund, and Keshari</label><mixed-citation>Cho, A., Eskandari, R., Granlund, K. L., and Keshari, K. R.: Hyperpolarized [6-<inline-formula><mml:math id="M876" display="inline"><mml:mrow class="chem"><mml:msup><mml:mi/><mml:mn mathvariant="normal">13</mml:mn></mml:msup><mml:mi mathvariant="normal">C</mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula>,<inline-formula><mml:math id="M877" display="inline"><mml:mrow class="chem"><mml:msup><mml:mi/><mml:mn mathvariant="normal">15</mml:mn></mml:msup><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">N</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">3</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula>]-Arginine as a Probe for <italic>In vivo</italic> Arginase Activity, ACS Chem. Biol., 14, 665–673, <ext-link xlink:href="https://doi.org/10.1021/acschembio.8b01044" ext-link-type="DOI">10.1021/acschembio.8b01044</ext-link>, 2019.</mixed-citation></ref>
      <ref id="bib1.bibx19"><label>Cuperlovic et al.(2000)Cuperlovic, Meresi, Palke, and Gerig</label><mixed-citation>Cuperlovic, M., Meresi, G. H., Palke, W. E., and Gerig, J.: Spin Relaxation and Chemical Exchange in NMR Simulations, J. Magn. Reson., 142, 11–23, <ext-link xlink:href="https://doi.org/10.1006/jmre.1999.1812" ext-link-type="DOI">10.1006/jmre.1999.1812</ext-link>, 2000.</mixed-citation></ref>
      <ref id="bib1.bibx20"><label>Dey et al.(2020)Dey, Charrier, Martineau, Deborde, Gandriau, Moing, Jacob, Eshchenko, Schnell, Melzi, Kurzbach, Ceillier, Chappuis, Cousin, Kempf, Jannin, Dumez, and Giraudeau</label><mixed-citation>Dey, A., Charrier, B., Martineau, E., Deborde, C., Gandriau, E., Moing, A., Jacob, D., Eshchenko, D., Schnell, M., Melzi, R., Kurzbach, D., Ceillier, M., Chappuis, Q., Cousin, S. F., Kempf, J. G., Jannin, S., Dumez, J.-N., and Giraudeau, P.: Hyperpolarized NMR Metabolomics at Natural <inline-formula><mml:math id="M878" display="inline"><mml:mrow class="chem"><mml:msup><mml:mi/><mml:mn mathvariant="normal">13</mml:mn></mml:msup><mml:mi mathvariant="normal">C</mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> Abundance, Anal. Chem., 92, 14867–14871, <ext-link xlink:href="https://doi.org/10.1021/acs.analchem.0c03510" ext-link-type="DOI">10.1021/acs.analchem.0c03510</ext-link>, 2020.</mixed-citation></ref>
      <ref id="bib1.bibx21"><label>Doktorov et al.(2002)Doktorov, Ivanov, Lukzen, and Morozov</label><mixed-citation>Doktorov, A. B., Ivanov, K. L., Lukzen, N. N., and Morozov, V. A.: Application of the Integral Encounter Theory to the Description of Degenerate Electron Exchange Reactions, J. Chem. Phys., 117, 7995–8003, <ext-link xlink:href="https://doi.org/10.1063/1.1509746" ext-link-type="DOI">10.1063/1.1509746</ext-link>, 2002.</mixed-citation></ref>
      <ref id="bib1.bibx22"><label>Doronin et al.(2011)Doronin, Fel’dman, and Zenchuk</label><mixed-citation>Doronin, S., Fel’dman, E., and Zenchuk, A.: The Multiple Quantum NMR Dynamics in Systems of Equivalent Spins with a Dipolar Ordered Initial State, J. Exp. Theor. Phys+., 113, 495–501, <ext-link xlink:href="https://doi.org/10.1134/S1063776111130036" ext-link-type="DOI">10.1134/S1063776111130036</ext-link>, 2011.</mixed-citation></ref>
      <ref id="bib1.bibx23"><label>Eills et al.(2023)Eills, Budker, Cavagnero, Chekmenev, Elliott, Jannin, Lesage, Matysik, Meersmann, Prisner, Reimer, Yang, and Koptyug</label><mixed-citation>Eills, J., Budker, D., Cavagnero, S., Chekmenev, E. Y., Elliott, S. J., Jannin, S., Lesage, A., Matysik, J., Meersmann, T., Prisner, T., Reimer, J. A., Yang, H., and Koptyug, I. V.: Spin Hyperpolarization in Modern Magnetic Resonance, Chem. Rev., 123, 1417–1551, <ext-link xlink:href="https://doi.org/10.1021/acs.chemrev.2c00534" ext-link-type="DOI">10.1021/acs.chemrev.2c00534</ext-link>, 2023.</mixed-citation></ref>
      <ref id="bib1.bibx24"><label>Eriksson et al.(2022)Eriksson, Lindale, Li, and Warren</label><mixed-citation>Eriksson, S. L., Lindale, J. R., Li, X., and Warren, W. S.: Improving SABRE Hyperpolarization with Highly Nonintuitive Pulse Sequences: Moving Beyond Avoided Crossings to Describe Dynamics, Sci. Adv., 8, eabl3708, <ext-link xlink:href="https://doi.org/10.1126/sciadv.abl3708" ext-link-type="DOI">10.1126/sciadv.abl3708</ext-link>, 2022.</mixed-citation></ref>
      <ref id="bib1.bibx25"><label>Feskov et al.(2005)Feskov, Ivanov, and Burshtein</label><mixed-citation>Feskov, S. V., Ivanov, A. I., and Burshtein, A. I.: Integral Encounter Theory of Strong Electron Transfer, J. Chem. Phys., 122, <ext-link xlink:href="https://doi.org/10.1063/1.1871935" ext-link-type="DOI">10.1063/1.1871935</ext-link>, 2005.</mixed-citation></ref>
      <ref id="bib1.bibx26"><label>Freeman et al.(1970)Freeman, Wittekoek, and Ernst</label><mixed-citation>Freeman, R., Wittekoek, S., and Ernst, R.: High-Resolution NMR Study of Relaxation Mechanisms in a Two-Spin System, J. Chem. Phys., 52, 1529–1544, <ext-link xlink:href="https://doi.org/10.1063/1.1673164" ext-link-type="DOI">10.1063/1.1673164</ext-link>, 1970.</mixed-citation></ref>
      <ref id="bib1.bibx27"><label>Hogben et al.(2011)Hogben, Krzystyniak, Charnock, Hore, and Kuprov</label><mixed-citation>Hogben, H. J., Krzystyniak, M., Charnock, G. T., Hore, P. J., and Kuprov, I.: Spinach–A Software Library for Simulation of Spin Dynamics in Large Spin Systems, J. Magn. Reson., 208, 179–194, <ext-link xlink:href="https://doi.org/10.1016/j.jmr.2010.11.008" ext-link-type="DOI">10.1016/j.jmr.2010.11.008</ext-link>, 2011.</mixed-citation></ref>
      <ref id="bib1.bibx28"><label>Hong et al.(2025)Hong, Wang, Shao, Li, Jiang, and Peng</label><mixed-citation>Hong, T., Wang, Y., Shao, Z., Li, Q., Jiang, M., and Peng, X.: Femtotesla Atomic Magnetometer for Zero- and Ultralow-field Nuclear Magnetic Resonance, Magn. Reson. Lett., 5, 200170, <ext-link xlink:href="https://doi.org/10.1016/j.mrl.2024.200170" ext-link-type="DOI">10.1016/j.mrl.2024.200170</ext-link>, 2025.</mixed-citation></ref>
      <ref id="bib1.bibx29"><label>Ivanov et al.(2004)Ivanov, Lukzen, Kipriyanov, and Doktorov</label><mixed-citation>Ivanov, K. L., Lukzen, N. N., Kipriyanov, A. A., and Doktorov, A. B.: The Integral Encounter Theory of Multistage Reactions Containing Association–Dissociation Reaction Stages Part I. Kinetic Equations, Phys. Chem. Chem. Phys., 6, 1706–1718, <ext-link xlink:href="https://doi.org/10.1039/B308267A" ext-link-type="DOI">10.1039/B308267A</ext-link>, 2004.</mixed-citation></ref>
      <ref id="bib1.bibx30"><label>Ivanov et al.(2014)Ivanov, Pravdivtsev, Yurkovskaya, Vieth, and Kaptein</label><mixed-citation>Ivanov, K. L., Pravdivtsev, A. N., Yurkovskaya, A. V., Vieth, H.-M., and Kaptein, R.: The Role of Level Anti-Crossings in Nuclear Spin Hyperpolarization, Prog. Nucl. Mag. Res. Sp., 81, 1–36, <ext-link xlink:href="https://doi.org/10.1016/j.pnmrs.2014.06.001" ext-link-type="DOI">10.1016/j.pnmrs.2014.06.001</ext-link>, 2014.</mixed-citation></ref>
      <ref id="bib1.bibx31"><label>Ivanov et al.(2023)Ivanov, Madhu, and Rajalakshmi</label><mixed-citation>Ivanov, K. L., Madhu, P., and Rajalakshmi, G.: Two-Dimensional (2D) NMR Methods, John Wiley &amp; Sons, <ext-link xlink:href="https://doi.org/10.1002/9781119806721" ext-link-type="DOI">10.1002/9781119806721</ext-link>, 2023.</mixed-citation></ref>
      <ref id="bib1.bibx32"><label>Jameson and Bruschweiler(2021)</label><mixed-citation>Jameson, G. and Bruschweiler, R.: NMR Spin Ralaxation Theory of Biomolecules Undergoing Highly Asymmetric Exchange with Large Interaction Partners, J. Chem. Theory Comput., 17, 2374–2382, <ext-link xlink:href="https://doi.org/10.1021/acs.jctc.1c00086" ext-link-type="DOI">10.1021/acs.jctc.1c00086</ext-link>, 2021.</mixed-citation></ref>
      <ref id="bib1.bibx33"><label>Jiang et al.(2019)Jiang, Frutos, Wu, Blanchard, Peng, and Budker</label><mixed-citation>Jiang, M., Frutos, R. P., Wu, T., Blanchard, J. W., Peng, X. H., and Budker, D.: Magnetic Gradiometer for the Detection of Zero- to Ultralow-field Nuclear Magnetic Resonance, Phys. Rev. Appl., 11, <ext-link xlink:href="https://doi.org/10.1103/PhysRevApplied.11.024005" ext-link-type="DOI">10.1103/PhysRevApplied.11.024005</ext-link>, 2019.</mixed-citation></ref>
      <ref id="bib1.bibx34"><label>Keshari and Wilson(2014)</label><mixed-citation>Keshari, K. R. and Wilson, D. M.: Chemistry and Biochemistry of <inline-formula><mml:math id="M879" display="inline"><mml:mrow class="chem"><mml:msup><mml:mi/><mml:mn mathvariant="normal">13</mml:mn></mml:msup><mml:mi mathvariant="normal">C</mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> Hyperpolarized Magnetic Resonance Using Dynamic Nuclear Polarization, Chem. Soc. Rev., 43, 1627–1659, <ext-link xlink:href="https://doi.org/10.1039/C3CS60124B" ext-link-type="DOI">10.1039/C3CS60124B</ext-link>, 2014.</mixed-citation></ref>
      <ref id="bib1.bibx35"><label>Kim et al.(2025)Kim, Chen, Nickles, Shkliar, Dang, Slater, Wang, Gordon, Tan, Suszczynski, Maddali, Gaunt, Chen, Villanueva-Meyer, Xu, Larson, Kurhanewicz, Bok, Chang, and Vigneron</label><mixed-citation>Kim, Y., Chen, H.-Y., Nickles, T., Shkliar, I., Dang, D., Slater, J., Wang, C., Gordon, J. W., Tan, C. T., Suszczynski, C., Maddali, S., Gaunt, A., Chen, R., Villanueva-Meyer, J., Xu, D., Larson, P. E. Z., Kurhanewicz, J., Bok, R. A., Chang, S., and Vigneron, D. B.: Translation of Hyperpolarized [<inline-formula><mml:math id="M880" display="inline"><mml:mrow class="chem"><mml:msup><mml:mi/><mml:mn mathvariant="normal">13</mml:mn></mml:msup><mml:mi mathvariant="normal">C</mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula>,<inline-formula><mml:math id="M881" display="inline"><mml:mrow class="chem"><mml:msup><mml:mi/><mml:mn mathvariant="normal">15</mml:mn></mml:msup><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">N</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula>]Urea MRI for Novel Human Brain Perfusion Studies, npj Imaging, 3, 11, <ext-link xlink:href="https://doi.org/10.1038/s44303-025-00073-3" ext-link-type="DOI">10.1038/s44303-025-00073-3</ext-link>, 2025.</mixed-citation></ref>
      <ref id="bib1.bibx36"><label>Kiryutin et al.(2026)Kiryutin, Zhukov, Markelov, Dyke, Yurkovskaya, and Barskiy</label><mixed-citation>Kiryutin, A., Zhukov, I., Markelov, D., Dyke, E. V., Yurkovskaya, A., and Barskiy, D.: High-Field NMR Characterization and Indirect <inline-formula><mml:math id="M882" display="inline"><mml:mi>J</mml:mi></mml:math></inline-formula>-Spectroscopy of a Nuclear Spin Chain [U-<inline-formula><mml:math id="M883" display="inline"><mml:mrow class="chem"><mml:msup><mml:mi/><mml:mn mathvariant="normal">13</mml:mn></mml:msup><mml:mi mathvariant="normal">C</mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula>,<inline-formula><mml:math id="M884" display="inline"><mml:mrow class="chem"><mml:msup><mml:mi/><mml:mn mathvariant="normal">15</mml:mn></mml:msup><mml:mi mathvariant="normal">N</mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula>]-butyronitrile, arXiv [preprint], <ext-link xlink:href="https://doi.org/10.48550/arXiv.2602.13895" ext-link-type="DOI">10.48550/arXiv.2602.13895</ext-link>, 2026.</mixed-citation></ref>
      <ref id="bib1.bibx37"><label>Kiryutin et al.(2013)Kiryutin, Yurkovskaya, Kaptein, Vieth, and Ivanov</label><mixed-citation>Kiryutin, A. S., Yurkovskaya, A. V., Kaptein, R., Vieth, H.-M., and Ivanov, K. L.: Evidence for Coherent Transfer of Parahydrogen-Induced Polarization at Low Magnetic Fields, J. Phys. Chem. Lett., 4, 2514–2519, <ext-link xlink:href="https://doi.org/10.1021/jz401210m" ext-link-type="DOI">10.1021/jz401210m</ext-link>, 2013.</mixed-citation></ref>
      <ref id="bib1.bibx38"><label>Kiryutin et al.(2018)Kiryutin, Yurkovskaya, Zimmermann, Vieth, and Ivanov</label><mixed-citation>Kiryutin, A. S., Yurkovskaya, A. V., Zimmermann, H., Vieth, H.-M., and Ivanov, K. L.: Complete Magnetic Field Dependence of SABRE-Derived Polarization, Magn. Reson. Chem., 56, 651–662, <ext-link xlink:href="https://doi.org/10.1002/mrc.4694" ext-link-type="DOI">10.1002/mrc.4694</ext-link>, 2018.</mixed-citation></ref>
      <ref id="bib1.bibx39"><label>Kiryutin et al.(2021)Kiryutin, Zhukov, Ferrage, Bodenhausen, Yurkovskaya, and Ivanov</label><mixed-citation>Kiryutin, A. S., Zhukov, I. V., Ferrage, F., Bodenhausen, G., Yurkovskaya, A. V., and Ivanov, K. L.: Sequential Assignment of NMR Spectra of Peptides at Natural Isotopic Abundance with Zero- and Ultralow-field TOCSY, Phys. Chem. Chem. Phys., 23, 9715–9720, <ext-link xlink:href="https://doi.org/10.1039/D0CP06337A" ext-link-type="DOI">10.1039/D0CP06337A</ext-link>, 2021.</mixed-citation></ref>
      <ref id="bib1.bibx40"><label>Kiryutin et al.(2025)Kiryutin, Markelov, Matsulevich, Kosenko, Kireev, Godovikov, and Yurkovskaya</label><mixed-citation>Kiryutin, A. S., Markelov, D. A., Matsulevich, Z. V., Kosenko, I. D., Kireev, N. V., Godovikov, I. A., and Yurkovskaya, A. V.: Microtesla Signal Amplification by Reversible Exchange Enables Simultaneous over 5 % Polarization of <inline-formula><mml:math id="M885" display="inline"><mml:mrow class="chem"><mml:msup><mml:mi/><mml:mn mathvariant="normal">77</mml:mn></mml:msup><mml:mi mathvariant="normal">Se</mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math id="M886" display="inline"><mml:mrow class="chem"><mml:msup><mml:mi/><mml:mn mathvariant="normal">15</mml:mn></mml:msup><mml:mi mathvariant="normal">N</mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> at Natural Abundance in a Selenium–Nitrogen Heterocycle, J. Am. Chem. Soc., 147, 23113–23119, <ext-link xlink:href="https://doi.org/10.1021/jacs.5c06450" ext-link-type="DOI">10.1021/jacs.5c06450</ext-link>, 2025.</mixed-citation></ref>
      <ref id="bib1.bibx41"><label>Knecht and Ivanov(2019)</label><mixed-citation>Knecht, S. and Ivanov, K. L.: Quantitative Quantum Mechanical Approach to SABRE Hyperpolarization at High Magnetic Fields, J. Chem. Phys., 150, 124106, <ext-link xlink:href="https://doi.org/10.1063/1.5084129" ext-link-type="DOI">10.1063/1.5084129</ext-link>, 2019.</mixed-citation></ref>
      <ref id="bib1.bibx42"><label>Knecht et al.(2016)Knecht, Pravdivtsev, Hovener, Yurkovskaya, and Ivanov</label><mixed-citation>Knecht, S., Pravdivtsev, A. N., Hovener, J. B., Yurkovskaya, A. V., and Ivanov, K. L.: Quantitative Description of the SABRE Process: Rigorous Consideration of Spin Dynamics and Chemical Exchange, RSC Adv., 6, 24470–24477, <ext-link xlink:href="https://doi.org/10.1039/c5ra28059a" ext-link-type="DOI">10.1039/c5ra28059a</ext-link>, 2016.</mixed-citation></ref>
      <ref id="bib1.bibx43"><label>Knecht et al.(2020)Knecht, Barskiy, Buntkowsky, and Ivanov</label><mixed-citation>Knecht, S., Barskiy, D. A., Buntkowsky, G., and Ivanov, K. L.: Theoretical Description of Hyperpolarization Formation in the SABRE-Relay Method, J. Chem. Phys., 153, 164106, <ext-link xlink:href="https://doi.org/10.1063/5.0023308" ext-link-type="DOI">10.1063/5.0023308</ext-link>, 2020.</mixed-citation></ref>
      <ref id="bib1.bibx44"><label>Kowalewski and Mäler(2006)</label><mixed-citation> Kowalewski, J. and Mäler, L.: Nuclear Spin Relaxation in Liquids: Theory, Experiments, and Applications, vol. 2, CRC Press Taylor &amp; Francis Group, Boca Raton, FL, 426, ISBN 978-0750309646, 2006.</mixed-citation></ref>
      <ref id="bib1.bibx45"><label>Kozinenko et al.(2025)Kozinenko, Kiryutin, and Yurkovskaya</label><mixed-citation>Kozinenko, V. P., Kiryutin, A. S., and Yurkovskaya, A. V.: SLIC-SABRE at Microtesla Fields Enables High Levels of Nuclear Spin Polarization Without Magnetic Shielding, Chem. Methods, 5, e202400060, <ext-link xlink:href="https://doi.org/10.1002/cmtd.202400060" ext-link-type="DOI">10.1002/cmtd.202400060</ext-link>, 2025.</mixed-citation></ref>
      <ref id="bib1.bibx46"><label>Kuhn et al.(2023)Kuhn, Weber, Bargon, Parella, and Pérez-Trujillo</label><mixed-citation>Kuhn, L. T., Weber, S., Bargon, J., Parella, T., and Pérez-Trujillo, M.: Hyperpolarization-Enhanced NMR Spectroscopy of Unaltered Biofluids using Photo-CIDNP, Anal. Chem., 96, 102–109, <ext-link xlink:href="https://doi.org/10.1021/acs.analchem.3c03215" ext-link-type="DOI">10.1021/acs.analchem.3c03215</ext-link>, 2023.</mixed-citation></ref>
      <ref id="bib1.bibx47"><label>Kuprov(2018)</label><mixed-citation>Kuprov, I.: Large-Scale NMR Simulations in Liquid State: A Tutorial, Magn. Reson. Chem., 56, 415–437, <ext-link xlink:href="https://doi.org/10.1002/mrc.4660" ext-link-type="DOI">10.1002/mrc.4660</ext-link>, 2018.</mixed-citation></ref>
      <ref id="bib1.bibx48"><label>Kuprov et al.(2007)Kuprov, Wagner-Rundell, and Hore</label><mixed-citation>Kuprov, I., Wagner-Rundell, N., and Hore, P.: Polynomially Scaling Spin Dynamics Simulation Algorithm Based on Adaptive State-Space Restriction, J. Magn. Reson., 189, 241–250, <ext-link xlink:href="https://doi.org/10.1016/j.jmr.2007.09.014" ext-link-type="DOI">10.1016/j.jmr.2007.09.014</ext-link>, 2007.</mixed-citation></ref>
      <ref id="bib1.bibx49"><label>Ledbetter et al.(2009)Ledbetter, Crawford, Pines, Wemmer, Knappe, Kitching, and Budker</label><mixed-citation>Ledbetter, M. P., Crawford, C. W., Pines, A., Wemmer, D. E., Knappe, S., Kitching, J., and Budker, D.: Optical Detection of NMR <inline-formula><mml:math id="M887" display="inline"><mml:mi>J</mml:mi></mml:math></inline-formula>-Spectra at Zero Magnetic Field, J. Magn. Reson., 199, 25–29, <ext-link xlink:href="https://doi.org/10.1016/j.jmr.2009.03.008" ext-link-type="DOI">10.1016/j.jmr.2009.03.008</ext-link>, 2009.</mixed-citation></ref>
      <ref id="bib1.bibx50"><label>Ledbetter et al.(2011)Ledbetter, Theis, Blanchard, Ring, Ganssle, Appelt, Blümich, Pines, and Budker</label><mixed-citation>Ledbetter, M. P., Theis, T., Blanchard, J. W., Ring, H., Ganssle, P., Appelt, S., Blümich, B., Pines, A., and Budker, D.: Near-Zero-Field Nuclear Magnetic Resonance, Phys. Rev. Lett., 107, 107601, <ext-link xlink:href="https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.107.107601" ext-link-type="DOI">10.1103/PhysRevLett.107.107601</ext-link>, 2011.</mixed-citation></ref>
      <ref id="bib1.bibx51"><label>Levitt(2008)</label><mixed-citation> Levitt, M. H.: Spin Dynamics: Basics of Nuclear Magnetic Resonance, 2nd edn., ISBN 978-0-470-51117-6, 2008.</mixed-citation></ref>
      <ref id="bib1.bibx52"><label>Li et al.(2022)Li, Lindale, Eriksson, and Warren</label><mixed-citation>Li, X., Lindale, J. R., Eriksson, S. L., and Warren, W. S.: SABRE Enhancement with Oscillating Pulse Sequences, Phys. Chem. Chem. Phys., 24, 16462–16470, <ext-link xlink:href="https://doi.org/10.1039/D2CP00899H" ext-link-type="DOI">10.1039/D2CP00899H</ext-link>, 2022.</mixed-citation></ref>
      <ref id="bib1.bibx53"><label>Limbach(1991)</label><mixed-citation> Limbach, H.-H.: Dynamic NMR Spectroscopy in the Presence of Kinetic Hydrogen/Deuterium Isotope Effects, Springer, 63–164, ISBN 978-3-642-75932-1, 1991.</mixed-citation></ref>
      <ref id="bib1.bibx54"><label>Lindale et al.(2020)Lindale, Eriksson, Tanner, and Warren</label><mixed-citation>Lindale, J. R., Eriksson, S. L., Tanner, C. P., and Warren, W. S.: Infinite-Order Perturbative Treatment for Quantum Evolution with Exchange, Sci. Adv., 6, eabb6874, <ext-link xlink:href="https://doi.org/10.1126/sciadv.abb6874" ext-link-type="DOI">10.1126/sciadv.abb6874</ext-link>, 2020.</mixed-citation></ref>
      <ref id="bib1.bibx55"><label>Mamone et al.(2025)Mamone, Floreani, Faramawy, Graiff, Franco, Ruzzi, Tubaro, and Stevanato</label><mixed-citation>Mamone, S., Floreani, F., Faramawy, A. M., Graiff, C., Franco, L., Ruzzi, M., Tubaro, C., and Stevanato, G.: (De)coding SABRE of [1-<inline-formula><mml:math id="M888" display="inline"><mml:mrow class="chem"><mml:msup><mml:mi/><mml:mn mathvariant="normal">13</mml:mn></mml:msup><mml:mi mathvariant="normal">C</mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula>] Pyruvate, Phys. Chem. Chem. Phys., 27, 22924–22936, <ext-link xlink:href="https://doi.org/10.1039/d5cp01773d" ext-link-type="DOI">10.1039/d5cp01773d</ext-link>, 2025.</mixed-citation></ref>
      <ref id="bib1.bibx56"><label>Markelov(2025)</label><mixed-citation>Markelov, D.: Scripts for scalable modeling of SABRE with zero-quantum projection, Zenodo [code], <ext-link xlink:href="https://doi.org/10.5281/zenodo.18083297" ext-link-type="DOI">10.5281/zenodo.18083297</ext-link>, 2025.</mixed-citation></ref>
      <ref id="bib1.bibx57"><label>Markelov et al.(2021)Markelov, Kozinenko, Knecht, Kiryutin, Yurkovskaya, and Ivanov</label><mixed-citation>Markelov, D. A., Kozinenko, V. P., Knecht, S., Kiryutin, A. S., Yurkovskaya, A. V., and Ivanov, K. L.: Singlet to Triplet Conversion in Molecular Hydrogen and Its Role in Parahydrogen Induced Polarization, Phys. Chem. Chem. Phys., 23, 20936–20944, <ext-link xlink:href="https://doi.org/10.1039/D1CP03164C" ext-link-type="DOI">10.1039/D1CP03164C</ext-link>, 2021.</mixed-citation></ref>
      <ref id="bib1.bibx58"><label>Markelov et al.(2024)Markelov, Kozinenko, Kiryutin, and Yurkovskaya</label><mixed-citation>Markelov, D. A., Kozinenko, V. P., Kiryutin, A. S., and Yurkovskaya, A. V.: High-Field SABRE Pulse Sequence Design for Chemically Non-Equivalent Spin Systems, J. Chem. Phys., 161, 214203, <ext-link xlink:href="https://doi.org/10.1063/5.0236841" ext-link-type="DOI">10.1063/5.0236841</ext-link>, 2024.</mixed-citation></ref>
      <ref id="bib1.bibx59"><label>Markelov et al.(2025)Markelov, Kiryutin, Borisov, Kosenko, Godovikov, and Yurkovskaya</label><mixed-citation>Markelov, D. A., Kiryutin, A. S., Borisov, A. V., Kosenko, I. D., Godovikov, I. A., and Yurkovskaya, A. V.: <inline-formula><mml:math id="M889" display="inline"><mml:mrow class="chem"><mml:msup><mml:mi/><mml:mn mathvariant="normal">77</mml:mn></mml:msup><mml:mi mathvariant="normal">Se</mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> Hyperpolarization Enabled by Reversible Parahydrogen Exchange and Audio-Frequency Magnetic Fields at 0.1 mT, J. Phys. Chem. Lett., 16, 10621–10626, <ext-link xlink:href="https://doi.org/10.1021/acs.jpclett.5c02693" ext-link-type="DOI">10.1021/acs.jpclett.5c02693</ext-link>, 2025.</mixed-citation></ref>
      <ref id="bib1.bibx60"><label>McBride et al.(2025)McBride, Pike, Curran, Zavriyev, Adebesin, Tucker, Harzan, Senanayake, Shen, Abdulmojeed, Theiss, Boele, Gade, Duckett, Goodson, Rosen, Chekmenev, Yuan, Dedesma, Kadlecek, Theis, and TomHon</label><mixed-citation>McBride, S. J., Pike, M., Curran, E., Zavriyev, A., Adebesin, B., Tucker, L., Harzan, J. M., Senanayake, I. M., Shen, S., Abdulmojeed, M., Theiss, F., Boele, T., Gade, T. P., Duckett, S., Goodson, B. M., Rosen, M. S., Chekmenev, E. Y., Yuan, H., Dedesma, C., Kadlecek, S., Theis, T., and TomHon, P.: Scalable Hyperpolarized MRI Enabled by Ace-SABRE of [1-<inline-formula><mml:math id="M890" display="inline"><mml:mrow class="chem"><mml:msup><mml:mi/><mml:mn mathvariant="normal">13</mml:mn></mml:msup><mml:mi mathvariant="normal">C</mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula>]Pyruvate, Angew. Chem. Int. Edit., e202501231, <ext-link xlink:href="https://doi.org/10.1002/anie.202501231" ext-link-type="DOI">10.1002/anie.202501231</ext-link>, 2025.</mixed-citation></ref>
      <ref id="bib1.bibx61"><label>Messiah(1962)</label><mixed-citation> Messiah, A.: Quantum Mechanics, Elsevier, North-Holland, Amsterdam, ISBN 0720400449, 1962.</mixed-citation></ref>
      <ref id="bib1.bibx62"><label>Mewis et al.(2015)Mewis, Green, Cockett, Cowley, Duckett, Green, John, Rayner, and Williamson</label><mixed-citation> Mewis, R. E., Green, R. A., Cockett, M. C., Cowley, M. J., Duckett, S. B., Green, G. G., John, R. O., Rayner, P. J., and Williamson, D. C.: Strategies for the Hyperpolarization of Acetonitrile and Related Ligands by SABRE, J. Phys. Chem. B, 119, 1416–1424, 2015.</mixed-citation></ref>
      <ref id="bib1.bibx63"><label>Mishra et al.(2016)Mishra, Pariani, Oerther, Schwaiger, and Westmeyer</label><mixed-citation>Mishra, A., Pariani, G., Oerther, T., Schwaiger, M., and Westmeyer, G. G.: Hyperpolarized Multi-Metal <inline-formula><mml:math id="M891" display="inline"><mml:mrow class="chem"><mml:msup><mml:mi/><mml:mn mathvariant="normal">13</mml:mn></mml:msup><mml:mi mathvariant="normal">C</mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula>-Sensors for Magnetic Resonance Imaging, Anal. Chem., 88, 10790–10794, <ext-link xlink:href="https://doi.org/10.1021/acs.analchem.6b03546" ext-link-type="DOI">10.1021/acs.analchem.6b03546</ext-link>, 2016.</mixed-citation></ref>
      <ref id="bib1.bibx64"><label>Olaru et al.(2018)Olaru, Robertson, Lewis, Antony, Iali, Mewis, and Duckett</label><mixed-citation>Olaru, A. M., Robertson, T. B. R., Lewis, J. S., Antony, A., Iali, W., Mewis, R. E., and Duckett, S. B.: Extending the Scope of <inline-formula><mml:math id="M892" display="inline"><mml:mrow class="chem"><mml:msup><mml:mi/><mml:mn mathvariant="normal">19</mml:mn></mml:msup><mml:mi mathvariant="normal">F</mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> Hyperpolarization through Signal Amplification by Reversible Exchange in MRI and NMR Spectroscopy, ChemistryOpen, 7, 97, <ext-link xlink:href="https://doi.org/10.1002/open.201700166" ext-link-type="DOI">10.1002/open.201700166</ext-link>, 2018.</mixed-citation></ref>
      <ref id="bib1.bibx65"><label>Park and Wang(2022)</label><mixed-citation>Park, H. and Wang, Q.: State-of-the-art Accounts of Hyperpolarized <inline-formula><mml:math id="M893" display="inline"><mml:mrow class="chem"><mml:msup><mml:mi/><mml:mn mathvariant="normal">15</mml:mn></mml:msup><mml:mi mathvariant="normal">N</mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula>-Labeled Molecular Imaging Probes for Magnetic Resonance Spectroscopy and Imaging, Chem. Sci., 13, 7378–7391, <ext-link xlink:href="https://doi.org/10.1039/D2SC01264B" ext-link-type="DOI">10.1039/D2SC01264B</ext-link>, 2022.</mixed-citation></ref>
      <ref id="bib1.bibx66"><label>Petersen et al.(2025)Petersen, Nagel, Groß, de Maissin, Willing, Heß, Mitschke, Klemm, Treiber, Müller, Knecht, Schwartz, Weigt, Bock, von Elverfeldt, Zaitsev, Chekmenev, Hövener, Martins, Schilling, Reinheckel, and Schmidt</label><mixed-citation>Petersen, S., Nagel, L., Groß, P. R., de Maissin, H., Willing, R., Heß, L., Mitschke, J., Klemm, N., Treiber, J., Müller, C. A., Knecht, S., Schwartz, I., Weigt, M., Bock, M., von Elverfeldt, D., Zaitsev, M., Chekmenev, E. Y., Hövener, J.-B., Martins, A. F., Schilling, F., Reinheckel, T., and Schmidt, A. B.: <italic>In vivo</italic> molecular imaging of breast cancer metabolic heterogeneity using [1-<inline-formula><mml:math id="M894" display="inline"><mml:mrow class="chem"><mml:msup><mml:mi/><mml:mn mathvariant="normal">13</mml:mn></mml:msup><mml:mi mathvariant="normal">C</mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula>]pyruvate-d<sub>3</sub> hyperpolarized by reversible exchange with parahydrogen, Theranostics, 15, 3714–3723, <ext-link xlink:href="https://doi.org/10.7150/thno.103272" ext-link-type="DOI">10.7150/thno.103272</ext-link>, 2025.</mixed-citation></ref>
      <ref id="bib1.bibx67"><label>Picazo-Frutos et al.(2024)Picazo-Frutos, Sheberstov, Blanchard, Van Dyke, Reh, Sjoelander, Pines, Budker, and Barskiy</label><mixed-citation>Picazo-Frutos, R., Sheberstov, K. F., Blanchard, J. W., Van Dyke, E., Reh, M., Sjoelander, T., Pines, A., Budker, D., and Barskiy, D. A.: Zero-Field <inline-formula><mml:math id="M896" display="inline"><mml:mi>J</mml:mi></mml:math></inline-formula>-Spectroscopy of Quadrupolar Nuclei, Nat. Commun., 15, 4487, <ext-link xlink:href="https://doi.org/10.1038/s41467-024-48390-2" ext-link-type="DOI">10.1038/s41467-024-48390-2</ext-link>, 2024.</mixed-citation></ref>
      <ref id="bib1.bibx68"><label>Pileio(2010)</label><mixed-citation>Pileio, G.: Relaxation Theory of Nuclear Singlet States in Two Spin-<inline-formula><mml:math id="M897" display="inline"><mml:mrow><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mo>/</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula> Systems, Prog. Nucl. Mag. Res. Sp., 56, 217–231, <ext-link xlink:href="https://doi.org/10.1016/j.pnmrs.2009.10.001" ext-link-type="DOI">10.1016/j.pnmrs.2009.10.001</ext-link>, 2010.</mixed-citation></ref>
      <ref id="bib1.bibx69"><label>Pravdivtsev and Hövener(2019)</label><mixed-citation>Pravdivtsev, A. N. and Hövener, J.-B.: Simulating Non-linear Chemical and Physical (CAP) Dynamics of Signal Amplification By Reversible Exchange (SABRE), Chem. Eur. J., 25, 7659–7668, <ext-link xlink:href="https://doi.org/10.1002/chem.201806133" ext-link-type="DOI">10.1002/chem.201806133</ext-link>, 2019.</mixed-citation></ref>
      <ref id="bib1.bibx70"><label>Pravdivtsev et al.(2013a)Pravdivtsev, Ivanov, Kaptein, and Yurkovskaya</label><mixed-citation>Pravdivtsev, A. N., Ivanov, K. L., Kaptein, R., and Yurkovskaya, A. V.: Theoretical Study of Dipolar Relaxation of Coupled Nuclear Spins at Variable Magnetic Field, Appl. Magn. Reson., 44, 23–39, <ext-link xlink:href="https://doi.org/10.1007/s00723-012-0404-z" ext-link-type="DOI">10.1007/s00723-012-0404-z</ext-link>, 2013a.</mixed-citation></ref>
      <ref id="bib1.bibx71"><label>Pravdivtsev et al.(2013b)Pravdivtsev, Yurkovskaya, Vieth, Ivanov, and Kaptein</label><mixed-citation>Pravdivtsev, A. N., Yurkovskaya, A. V., Vieth, H.-M., Ivanov, K. L., and Kaptein, R.: Level Anti-Crossings are a Key Factor for Understanding para-Hydrogen-Induced Hyperpolarization in SABRE Experiments, ChemPhysChem, 14, 3327–3331, <ext-link xlink:href="https://doi.org/10.1002/cphc.201300595" ext-link-type="DOI">10.1002/cphc.201300595</ext-link>, 2013b.</mixed-citation></ref>
      <ref id="bib1.bibx72"><label>Pravdivtsev et al.(2014a)Pravdivtsev, Yurkovskaya, Lukzen, Ivanov, and Vieth</label><mixed-citation>Pravdivtsev, A. N., Yurkovskaya, A. V., Lukzen, N. N., Ivanov, K. L., and Vieth, H. M.: Highly Efficient Polarization of Spin-<inline-formula><mml:math id="M898" display="inline"><mml:mrow><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mo>/</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula> Insensitive NMR Nuclei by Adiabatic Passage through Level Anticrossings, J. Phys. Chem. Lett., 5, 3421–3426, <ext-link xlink:href="https://doi.org/10.1021/Jz501754j" ext-link-type="DOI">10.1021/Jz501754j</ext-link>, 2014a.</mixed-citation></ref>
      <ref id="bib1.bibx73"><label>Pravdivtsev et al.(2014b)Pravdivtsev, Yurkovskaya, Lukzen, Vieth, and Ivanov</label><mixed-citation>Pravdivtsev, A. N., Yurkovskaya, A. V., Lukzen, N. N., Vieth, H. M., and Ivanov, K. L.: Exploiting Level Anti-Crossings (LACs) in the Rotating Frame for Transferring Spin Hyperpolarization, Phys. Chem. Chem. Phys., 16, 18707–18719, <ext-link xlink:href="https://doi.org/10.1039/C4cp01445f" ext-link-type="DOI">10.1039/C4cp01445f</ext-link>, 2014b.</mixed-citation></ref>
      <ref id="bib1.bibx74"><label>Pravdivtsev et al.(2014c)Pravdivtsev, Yurkovskaya, Vieth, and Ivanov</label><mixed-citation>Pravdivtsev, A. N., Yurkovskaya, A. V., Vieth, H. M., and Ivanov, K. L.: Spin Mixing at Level Anti-Crossings in the Rotating Frame Makes High-Field SABRE Feasible, Phys. Chem. Chem. Phys., 16, 24672–24675, <ext-link xlink:href="https://doi.org/10.1039/C4cp03765k" ext-link-type="DOI">10.1039/C4cp03765k</ext-link>, 2014c.</mixed-citation></ref>
      <ref id="bib1.bibx75"><label>Pravdivtsev et al.(2015)Pravdivtsev, Ivanov, Yurkovskaya, Petrov, Limbach, Kaptein, and Vieth</label><mixed-citation>Pravdivtsev, A. N., Ivanov, K. L., Yurkovskaya, A. V., Petrov, P. A., Limbach, H.-H., Kaptein, R., and Vieth, H.-M.: Spin Polarization Transfer Mechanisms of SABRE: A Magnetic Field Dependent Study, J. Magn. Reson., 261, 73–82, <ext-link xlink:href="https://doi.org/10.1016/j.jmr.2015.10.006" ext-link-type="DOI">10.1016/j.jmr.2015.10.006</ext-link>, 2015.</mixed-citation></ref>
      <ref id="bib1.bibx76"><label>Pravdivtsev et al.(2021)Pravdivtsev, Buntkowsky, Duckett, Koptyug, and Hovener</label><mixed-citation>Pravdivtsev, A. N., Buntkowsky, G., Duckett, S. B., Koptyug, I. V., and Hovener, J. B.: Parahydrogen-Induced Polarization of Amino Acids, Angew. Chem. Int. Edit., 60, 23496–23507, <ext-link xlink:href="https://doi.org/10.1002/anie.202100109" ext-link-type="DOI">10.1002/anie.202100109</ext-link>, 2021.</mixed-citation></ref>
      <ref id="bib1.bibx77"><label>Put et al.(2021)Put, Pustelny, Budker, Druga, Sjolander, Pines, and Barskiy</label><mixed-citation>Put, P., Pustelny, S., Budker, D., Druga, E., Sjolander, T. F., Pines, A., and Barskiy, D. A.: Zero- to Ultralow-field NMR Spectroscopy of Small Biomolecules, Anal. Chem., 93, 3226–3232, <ext-link xlink:href="https://doi.org/10.1021/acs.analchem.0c04738" ext-link-type="DOI">10.1021/acs.analchem.0c04738</ext-link>, 2021.</mixed-citation></ref>
      <ref id="bib1.bibx78"><label>Put et al.(2023)Put, Alcicek, Bondar, Bodek, Duckett, and Pustelny</label><mixed-citation>Put, P., Alcicek, S., Bondar, O., Bodek, L., Duckett, S., and Pustelny, S.: Detection of Pyridine Derivatives by SABRE Hyperpolarization at Zero Field, Commun. Chem., 6, 131, <ext-link xlink:href="https://doi.org/10.1038/s42004-023-00928-z" ext-link-type="DOI">10.1038/s42004-023-00928-z</ext-link>, 2023.</mixed-citation></ref>
      <ref id="bib1.bibx79"><label>Pyper(1971)</label><mixed-citation>Pyper, N.: Theory of Symmetry in Nuclear Magnetic Relaxation, Mol. Phys., 22, 433–458, <ext-link xlink:href="https://doi.org/10.1080/00268977100102711" ext-link-type="DOI">10.1080/00268977100102711</ext-link>, 1971.</mixed-citation></ref>
      <ref id="bib1.bibx80"><label>Rayner and Duckett(2018)</label><mixed-citation>Rayner, P. J. and Duckett, S. B.: Signal Amplification by Reversible Exchange (SABRE): From Discovery to Diagnosis, Angew. Chem. Int. Edit., 57, 6742–6753, <ext-link xlink:href="https://doi.org/10.1002/anie.201710406" ext-link-type="DOI">10.1002/anie.201710406</ext-link>, 2018.</mixed-citation></ref>
      <ref id="bib1.bibx81"><label>Rodriguez et al.(2025)Rodriguez, von Petersdorff-Campen, Korchak, Sucre, Santi, Elsasser, Mei, Fries, Felger, Markus, Alves, and Glöggler</label><mixed-citation>Rodriguez, G. G., von Petersdorff-Campen, C., Korchak, S., Sucre, O., Santi, M. D., Elsasser, J., Mei, R., Fries, L. M., Felger, J., Markus, A., Alves, F., and Glöggler, S.: Biological <inline-formula><mml:math id="M899" display="inline"><mml:mi>J</mml:mi></mml:math></inline-formula>-Coupling Spectroscopy at Low Magnetic Field, Small, 5, 2500268, <ext-link xlink:href="https://doi.org/10.1002/smsc.202500268" ext-link-type="DOI">10.1002/smsc.202500268</ext-link>, 2025.</mixed-citation></ref>
      <ref id="bib1.bibx82"><label>Schmidt et al.(2023)Schmidt, Eills, Dagys, Gierse, Keim, Lucas, Bock, Schwartz, Zaitsev, Chekmenev, and Knecht</label><mixed-citation>Schmidt, A. B., Eills, J., Dagys, L., Gierse, M., Keim, M., Lucas, S., Bock, M., Schwartz, I., Zaitsev, M., Chekmenev, E. Y., and Knecht, S.: Over 20 % Carbon-13 Polarization of Perdeuterated Pyruvate Using Reversible Exchange with Parahydrogen and Spin-Lock Induced Crossing at 50 μT, J. Phys. Chem. Lett., 14, 5305–5309, <ext-link xlink:href="https://doi.org/10.1021/acs.jpclett.3c00707" ext-link-type="DOI">10.1021/acs.jpclett.3c00707</ext-link>, 2023.</mixed-citation></ref>
      <ref id="bib1.bibx83"><label>Schwartz et al.(1982)Schwartz, Stillman, and Freed</label><mixed-citation>Schwartz, L. J., Stillman, A. E., and Freed, J. H.: Analysis of Electron Spin Echoes by Spectral Representation of the Stochastic Liouville Qquation, J. Chem. Phys., 77, 5410–5425, <ext-link xlink:href="https://doi.org/10.1063/1.443791" ext-link-type="DOI">10.1063/1.443791</ext-link>, 1982.</mixed-citation></ref>
      <ref id="bib1.bibx84"><label>Shchepin et al.(2019)Shchepin, Birchall, Chukanov, Kovtunov, Koptyug, Theis, Warren, Gelovani, Goodson, Shokouhi, Rosen, Yen, Pham, and Chekmenev</label><mixed-citation>Shchepin, R. V., Birchall, J. R., Chukanov, N. V., Kovtunov, K. V., Koptyug, I. V., Theis, T., Warren, W. S., Gelovani, J. G., Goodson, B. M., Shokouhi, S., Rosen, M. S., Yen, Y. F., Pham, W., and Chekmenev, E. Y.: Hyperpolarizing Concentrated Metronidazole (<inline-formula><mml:math id="M900" display="inline"><mml:mrow class="chem"><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">NO</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula>)-<inline-formula><mml:math id="M901" display="inline"><mml:mrow class="chem"><mml:msup><mml:mi/><mml:mn mathvariant="normal">15</mml:mn></mml:msup><mml:mi mathvariant="normal">N</mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> Group over Six Chemical Bonds with More than 15 % Polarization and a 20 Minute Lifetime, Chem. Eur. J., 25, 8829–8836, <ext-link xlink:href="https://doi.org/10.1002/chem.201901192" ext-link-type="DOI">10.1002/chem.201901192</ext-link>, 2019.</mixed-citation></ref>
      <ref id="bib1.bibx85"><label>Sheberstov et al.(2021)</label><mixed-citation>Sheberstov, K. F., Chuchkova, L., Hu, Y., Zhukov, I. V., Kiryutin, A. S., Eshtukov, A. V., Cheshkov, D. A., Barskiy, D. A., Blanchard, J. W., Budker, D., Ivanov, K. L., and Yurkovskaya, A. V.: Photochemically Induced Dynamic Nuclear Polarization of Heteronuclear Singlet Order, J. Phys. Chem. Lett., 12, 4686–4691, <ext-link xlink:href="https://doi.org/10.1021/acs.jpclett.1c00503" ext-link-type="DOI">10.1021/acs.jpclett.1c00503</ext-link>, 2021.</mixed-citation></ref>
      <ref id="bib1.bibx86"><label>Sjolander et al.(2020)Sjolander, Blanchard, Budker, and Pines</label><mixed-citation>Sjolander, T. F., Blanchard, J. W., Budker, D., and Pines, A.: Two-Dimensional Single- and Multiple-Quantum Correlation Spectroscopy in Zero-Field Nuclear Magnetic Resonance, J. Magn. Reson., 318, 106781, <ext-link xlink:href="https://doi.org/10.1016/j.jmr.2020.106781" ext-link-type="DOI">10.1016/j.jmr.2020.106781</ext-link>, 2020.</mixed-citation></ref>
      <ref id="bib1.bibx87"><label>Snadin et al.(2024)Snadin, Chuklina, Kiryutin, Lukzen, and Yurkovskaya</label><mixed-citation>Snadin, A. V., Chuklina, N. O., Kiryutin, A. S., Lukzen, N. N., and Yurkovskaya, A. V.: Magnetic Field Dependence of the Para-Ortho Conversion Rate of Molecular Hydrogen in SABRE Experiments, J. Magn. Reson., 360, 107630, <ext-link xlink:href="https://doi.org/10.1016/j.jmr.2024.107630" ext-link-type="DOI">10.1016/j.jmr.2024.107630</ext-link>, 2024.</mixed-citation></ref>
      <ref id="bib1.bibx88"><label>Stern and Sheberstov(2023)</label><mixed-citation>Stern, Q. and Sheberstov, K.: Simulation of NMR spectra at zero and ultralow fields from A to Z – a tribute to Prof. Konstantin L'vovich Ivanov, Magn. Reson., 4, 87–109, <ext-link xlink:href="https://doi.org/10.5194/mr-4-87-2023" ext-link-type="DOI">10.5194/mr-4-87-2023</ext-link>, 2023.</mixed-citation></ref>
      <ref id="bib1.bibx89"><label>Svyatova et al.(2019)Svyatova, Skovpin, Chukanov, Kovtunov, Chekmenev, Pravdivtsev, Hovener, and Koptyug</label><mixed-citation>Svyatova, A., Skovpin, I. V., Chukanov, N. V., Kovtunov, K. V., Chekmenev, E. Y., Pravdivtsev, A. N., Hovener, J. B., and Koptyug, I. V.: <inline-formula><mml:math id="M902" display="inline"><mml:mrow class="chem"><mml:msup><mml:mi/><mml:mn mathvariant="normal">15</mml:mn></mml:msup><mml:mi mathvariant="normal">N</mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> MRI of SLIC-SABRE Hyperpolarized <inline-formula><mml:math id="M903" display="inline"><mml:mrow class="chem"><mml:msup><mml:mi/><mml:mn mathvariant="normal">15</mml:mn></mml:msup><mml:mi mathvariant="normal">N</mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula>-Labelled Pyridine and Nicotinamide, Chem. Eur. J., 25, 8465–8470, <ext-link xlink:href="https://doi.org/10.1002/chem.201900430" ext-link-type="DOI">10.1002/chem.201900430</ext-link>, 2019.</mixed-citation></ref>
      <ref id="bib1.bibx90"><label>Teleanu et al.(2025)Teleanu, Fabricant, Zhang, Centers, Budker, Barskiy, and Jerschow</label><mixed-citation>Teleanu, F., Fabricant, A. M., Zhang, C., Centers, G. P., Budker, D., Barskiy, D. A., and Jerschow, A.: Nuclear Spin Relaxation in Zero-to Ultralow-field Magnetic Resonance Spectroscopy, arXiv [preprint], <ext-link xlink:href="https://doi.org/10.48550/arXiv.2511.08517" ext-link-type="DOI">10.48550/arXiv.2511.08517</ext-link>, 2025.</mixed-citation></ref>
      <ref id="bib1.bibx91"><label>Theis et al.(2011)Theis, Ganssle, Kervern, Knappe, Kitching, Ledbetter, Budker, and Pines</label><mixed-citation>Theis, T., Ganssle, P., Kervern, G., Knappe, S., Kitching, J., Ledbetter, M. P., Budker, D., and Pines, A.: Parahydrogen-Enhanced Zero-Field Nuclear Magnetic Resonance, Nat. Phys., 7, 571–575, <ext-link xlink:href="https://doi.org/10.1038/Nphys1986" ext-link-type="DOI">10.1038/Nphys1986</ext-link>, 2011.</mixed-citation></ref>
      <ref id="bib1.bibx92"><label>Theis et al.(2012)Theis, Ledbetter, Kervern, Blanchard, Ganssle, Butler, Shin, Budker, and Pines</label><mixed-citation>Theis, T., Ledbetter, M. P., Kervern, G., Blanchard, J. W., Ganssle, P. J., Butler, M. C., Shin, H. D., Budker, D., and Pines, A.: Zero-Field NMR Enhanced by Parahydrogen in Reversible Exchange, J. Am. Chem. Soc., 134, 3987–3990, <ext-link xlink:href="https://doi.org/10.1021/Ja2112405" ext-link-type="DOI">10.1021/Ja2112405</ext-link>, 2012.</mixed-citation></ref>
      <ref id="bib1.bibx93"><label>TomHon et al.(2025)TomHon, Gyesi, Abdurraheem, McBride, Samoilenko, Oladun, Curran, Pike, Welch, Scofield, Goodson, Sadagurski, Theis, and Chekmenev</label><mixed-citation>TomHon, P., Gyesi, J., Abdurraheem, A., McBride, S., Samoilenko, A., Oladun, C., Curran, E., Pike, M., Welch, S. D., Scofield, S., Goodson, B. M., Sadagurski, M., Theis, T., and Chekmenev, E. Y.: Biocompatible SABRE Hyperpolarization of [1-<inline-formula><mml:math id="M904" display="inline"><mml:mrow class="chem"><mml:msup><mml:mi/><mml:mn mathvariant="normal">13</mml:mn></mml:msup><mml:mi mathvariant="normal">C</mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula>]Ketoleucine for Cellular Metabolic Flux Sensing, Chem. Eur. J., 02734, <ext-link xlink:href="https://doi.org/10.1002/chem.202502734" ext-link-type="DOI">10.1002/chem.202502734</ext-link>, 2025. </mixed-citation></ref>
      <ref id="bib1.bibx94"><label>Van Dyke et al.(2022)Van Dyke, Eills, Picazo-Frutos, Sheberstov, Hu, Budker, and Barskiy</label><mixed-citation>Van Dyke, E. T., Eills, J., Picazo-Frutos, R., Sheberstov, K. F., Hu, Y., Budker, D., and Barskiy, D. A.: Relayed Hyperpolarization for Zero-Field Nuclear Magnetic Resonance, Sci. Adv., 8, eabp9242, <ext-link xlink:href="https://doi.org/10.1126/sciadv.abp9242" ext-link-type="DOI">10.1126/sciadv.abp9242</ext-link>, 2022.</mixed-citation></ref>
      <ref id="bib1.bibx95"><label>Vaneeckhaute et al.(2023)Vaneeckhaute, Tyburn, Kempf, Martens, and Breynaert</label><mixed-citation>Vaneeckhaute, E., Tyburn, J. M., Kempf, J. G., Martens, J. A., and Breynaert, E.: Reversible Parahydrogen Induced Hyperpolarization of <inline-formula><mml:math id="M905" display="inline"><mml:mrow class="chem"><mml:msup><mml:mi/><mml:mn mathvariant="normal">15</mml:mn></mml:msup><mml:mi mathvariant="normal">N</mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> in Unmodified Amino Acids Unraveled at High Magnetic Field, Sci. Adv., 10, e2207112, <ext-link xlink:href="https://doi.org/10.1002/advs.202207112" ext-link-type="DOI">10.1002/advs.202207112</ext-link>, 2023.</mixed-citation></ref>
      <ref id="bib1.bibx96"><label>Xu et al.(2026)Xu, Kircher, Tretiak, Budker, and Barskiy</label><mixed-citation>Xu, J., Kircher, R., Tretiak, O., Budker, D., and Barskiy, D. A.: Quantum Magnetic <inline-formula><mml:math id="M906" display="inline"><mml:mi>J</mml:mi></mml:math></inline-formula>-Oscillators, Nat. Commun., 17, 1200, <ext-link xlink:href="https://doi.org/10.1038/s41467-026-68779-5" ext-link-type="DOI">10.1038/s41467-026-68779-5</ext-link>, 2026.</mixed-citation></ref>
      <ref id="bib1.bibx97"><label>Zachrdla et al.(2025)Zachrdla, Turhan, Bučková, Hänsel-Hertsch, Trantírek, and Kurzbach</label><mixed-citation>Zachrdla, M., Turhan, E., Bučková, M., Hänsel-Hertsch, R., Trantírek, L., and Kurzbach, D.: Hyperpolarized NMR Reveals Low-Populated Folding Intermediates in DNA, J. Am. Chem. Soc., 147, 46563–46572, <ext-link xlink:href="https://doi.org/10.1021/jacs.5c17542" ext-link-type="DOI">10.1021/jacs.5c17542</ext-link>, 2025.</mixed-citation></ref>
      <ref id="bib1.bibx98"><label>Zaiss and Bachert(2013)</label><mixed-citation>Zaiss, M. and Bachert, P.: Exchange-Dependent Relaxation in the Rotating Frame for Slow and Intermediate Exchange–Modeling Off-Resonant Spin-Lock and Chemical Exchange Saturation Transfer, NMR Biomed., 26, 507–518, <ext-link xlink:href="https://doi.org/10.1002/nbm.2887" ext-link-type="DOI">10.1002/nbm.2887</ext-link>, 2013.</mixed-citation></ref>
      <ref id="bib1.bibx99"><label>Zheng et al.(2026)</label><mixed-citation>Zheng, L., Peng, Q., Sun, H., Deng, J., Jiang, Y., Xiong, Y., Chen, L., Cui, X., Lin, H., Chen, Z., Wang, X., and Gao, J.: SABRE Hyperpolarized Multichannel <inline-formula><mml:math id="M907" display="inline"><mml:mrow class="chem"><mml:msup><mml:mi/><mml:mn mathvariant="normal">19</mml:mn></mml:msup><mml:mi mathvariant="normal">F</mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> NMR for Sensitive Detection of Multiple Disease Marker Enzymes on a Benchtop NMR, Angew. Chem. Int. Edit., 17348, <ext-link xlink:href="https://doi.org/10.1002/anie.202517348" ext-link-type="DOI">10.1002/anie.202517348</ext-link>, 2026.</mixed-citation></ref>
      <ref id="bib1.bibx100"><label>Zhukov et al.(2020)Zhukov, Kiryutin, Ferrage, Buntkowsky, Yurkovskaya, and Ivanov</label><mixed-citation>Zhukov, I. V., Kiryutin, A. S., Ferrage, F., Buntkowsky, G., Yurkovskaya, A. V., and Ivanov, K. L.: Total Correlation Spectroscopy Across All NMR-Active Nuclei by Mixing at Zero Field, J. Phys. Chem. Lett., 11, 7291–7296, <ext-link xlink:href="https://doi.org/10.1021/acs.jpclett.0c02032" ext-link-type="DOI">10.1021/acs.jpclett.0c02032</ext-link>, 2020.</mixed-citation></ref>
      <ref id="bib1.bibx101"><label>Zhukov et al.(2021)Zhukov, Kiryutin, Yurkovskaya, Blanchard, Budker, and Ivanov</label><mixed-citation>Zhukov, I. V., Kiryutin, A. S., Yurkovskaya, A. V., Blanchard, J. W., Budker, D., and Ivanov, K. L.: Correlation of High-Field and Zero- to Ultralow-field NMR Properties Using 2D Spectroscopy, J. Chem. Phys., 154, 144201, <ext-link xlink:href="https://doi.org/10.1063/5.0039294" ext-link-type="DOI">10.1063/5.0039294</ext-link>, 2021.</mixed-citation></ref>

  </ref-list></back>
    <!--<article-title-html>Scalable modeling of multi-spin ensembles in SABRE hyperpolarization: a symmetry-based framework for zero and ultralow fields</article-title-html>
<abstract-html/>
<ref-html id="bib1.bib1"><label>Abergel and Palmer(2005)</label><mixed-citation>
      
Abergel, D. and Palmer, A. G.:
A Markov Model for Relaxation and Exchange in NMR Spectroscopy, J. Phys. Chem. B, 109, 4837–4844, <a href="https://doi.org/10.1021/jp0458304" target="_blank">https://doi.org/10.1021/jp0458304</a>, 2005.

    </mixed-citation></ref-html>
<ref-html id="bib1.bib2"><label>Adams et al.(2009)Adams, Aguilar, Atkinson, Cowley, Elliott, Duckett, Green, Khazal, López-Serrano, and Williamson</label><mixed-citation>
      
Adams, R. W., Aguilar, J. A., Atkinson, K. D., Cowley, M. J., Elliott, P. I. P., Duckett, S. B., Green, G. G. R., Khazal, I. G., López-Serrano, J., and Williamson, D. C.:
Reversible Interactions with para-Hydrogen Enhance NMR Sensitivity by Polarization Transfer, Science, 323, 1708–1711, <a href="https://doi.org/10.1126/science.1168877" target="_blank">https://doi.org/10.1126/science.1168877</a>, 2009.

    </mixed-citation></ref-html>
<ref-html id="bib1.bib3"><label>Angelovski et al.(2023)Angelovski, Tickner, and Wang</label><mixed-citation>
      
Angelovski, G., Tickner, B. J., and Wang, G.:
Opportunities and Challenges with Hyperpolarized Bioresponsive Probes for Functional Imaging using Magnetic Resonance, Nat. Chem., 15, 755–763, <a href="https://doi.org/10.1038/s41557-023-01211-3" target="_blank">https://doi.org/10.1038/s41557-023-01211-3</a>, 2023.

    </mixed-citation></ref-html>
<ref-html id="bib1.bib4"><label>Atkinson et al.(2009)Atkinson, Cowley, Elliott, Duckett, Green, López-Serrano, and Whitwood</label><mixed-citation>
      
Atkinson, K. D., Cowley, M. J., Elliott, P. I. P., Duckett, S. B., Green, G. G. R., López-Serrano, J., and Whitwood, A. C.:
Spontaneous Transfer of Parahydrogen Derived Spin Order to Pyridine at Low Magnetic Field, J. Am. Chem. Soc., 131, 13362–13368, <a href="https://doi.org/10.1021/ja903601p" target="_blank">https://doi.org/10.1021/ja903601p</a>, 2009.

    </mixed-citation></ref-html>
<ref-html id="bib1.bib5"><label>Barskiy and Pravdivtsev(2025)</label><mixed-citation>
      
Barskiy, D. A. and Pravdivtsev, A. N.:
Magnetization and Polarization of Coupled Nuclear Spins Ensembles at High Magnetic Fields, ChemPhysChem, 26, 2500092, <a href="https://doi.org/10.1002/cphc.202500092" target="_blank">https://doi.org/10.1002/cphc.202500092</a>, 2025.

    </mixed-citation></ref-html>
<ref-html id="bib1.bib6"><label>Barskiy et al.(2019a)Barskiy, Knecht, Yurkovskaya, and Ivanov</label><mixed-citation>
      
Barskiy, D. A., Knecht, S., Yurkovskaya, A. V., and Ivanov, K. L.:
SABRE: Chemical Kinetics and Spin Dynamics of the Formation of Hyperpolarization, Prog. Nucl. Mag. Res. Sp., 114–115, 33–70, <a href="https://doi.org/10.1016/j.pnmrs.2019.05.005" target="_blank">https://doi.org/10.1016/j.pnmrs.2019.05.005</a>, 2019a.

    </mixed-citation></ref-html>
<ref-html id="bib1.bib7"><label>Barskiy et al.(2019b)Barskiy, Tayler, Marco-Rius, Kurhanewicz, Vigneron, Cikrikci, Aydogdu, Reh, Pravdivtsev, Hövener, Blanchard, Wu, Budker, and Pines</label><mixed-citation>
      
Barskiy, D. A., Tayler, M. C. D., Marco-Rius, I., Kurhanewicz, J., Vigneron, D. B., Cikrikci, S., Aydogdu, A., Reh, M., Pravdivtsev, A. N., Hövener, J.-B., Blanchard, J. W., Wu, T., Budker, D., and Pines, A.:
Zero-Field Nuclear Magnetic Resonance of Chemically Exchanging Systems, Nat. Commun., 10, 3002, <a href="https://doi.org/10.1038/s41467-019-10787-9" target="_blank">https://doi.org/10.1038/s41467-019-10787-9</a>, 2019b.

    </mixed-citation></ref-html>
<ref-html id="bib1.bib8"><label>Barskiy et al.(2025)Barskiy, Blanchard, Budker, Eills, Pustelny, Sheberstov, Tayler, and Trabesinger</label><mixed-citation>
      
Barskiy, D. A., Blanchard, J. W., Budker, D., Eills, J., Pustelny, S., Sheberstov, K. F., Tayler, M. C. D., and Trabesinger, A. H.:
Zero- to Ultralow-field Nuclear Magnetic Resonance, Prog. Nucl. Mag. Res. Sp., 148–149, 101558, <a href="https://doi.org/10.1016/j.pnmrs.2025.101558" target="_blank">https://doi.org/10.1016/j.pnmrs.2025.101558</a>, 2025.

    </mixed-citation></ref-html>
<ref-html id="bib1.bib9"><label>Blanchard and Budker(2016)</label><mixed-citation>
      
Blanchard, J. W. and Budker, D.:
Zero- to Ultralow-field NMR, eMagRes, 5, 1395–1409, <a href="https://doi.org/10.1002/9780470034590.emrstm1369" target="_blank">https://doi.org/10.1002/9780470034590.emrstm1369</a>, 2016.

    </mixed-citation></ref-html>
<ref-html id="bib1.bib10"><label>Blanchard et al.(2013)Blanchard, Ledbetter, Theis, Butler, Budker, and Pines</label><mixed-citation>
      
Blanchard, J. W., Ledbetter, M. P., Theis, T., Butler, M. C., Budker, D., and Pines, A.:
High-Resolution Zero-Field NMR <i>J</i>-Spectroscopy of Aromatic Compounds, J. Am. Chem. Soc., 135, 3607–3612, <a href="https://doi.org/10.1021/ja312239v" target="_blank">https://doi.org/10.1021/ja312239v</a>, 2013.

    </mixed-citation></ref-html>
<ref-html id="bib1.bib11"><label>Blanchard et al.(2015)Blanchard, Sjolander, King, Ledbetter, Levine, Bajaj, Budker, and Pines</label><mixed-citation>
      
Blanchard, J. W., Sjolander, T. F., King, J. P., Ledbetter, M. P., Levine, E. H., Bajaj, V. S., Budker, D., and Pines, A.:
Measurement of Untruncated Nuclear Spin Interactions via Zero- to Ultralow-field Nuclear Magnetic Resonance, Phys. Rev. B, 92, 220202, <a href="https://doi.org/10.1103/PhysRevB.92.220202" target="_blank">https://doi.org/10.1103/PhysRevB.92.220202</a>, 2015.

    </mixed-citation></ref-html>
<ref-html id="bib1.bib12"><label>Blanchard et al.(2020)Blanchard, Wu, Eills, Hu, and Budker</label><mixed-citation>
      
Blanchard, J. W., Wu, T., Eills, J., Hu, Y., and Budker, D.:
Zero- to Ultralow-field Nuclear Magnetic Resonance <i>J</i>-Spectroscopy with Commercial Atomic Magnetometers, J. Magn. Reson., 314, <a href="https://doi.org/10.1016/j.jmr.2020.106723" target="_blank">https://doi.org/10.1016/j.jmr.2020.106723</a>, 2020.

    </mixed-citation></ref-html>
<ref-html id="bib1.bib13"><label>Boutin et al.(2011)Boutin, Desvaux, Carrière, Leteurtre, Jamin, Boulard, and Berthault</label><mixed-citation>
      
Boutin, C., Desvaux, H., Carrière, M., Leteurtre, F., Jamin, N., Boulard, Y., and Berthault, P.:
Hyperpolarized <sup>129</sup>Xe NMR Signature of Living Biological Cells, NMR Biomed., 24, 1264–1269, <a href="https://doi.org/10.1002/nbm.1686" target="_blank">https://doi.org/10.1002/nbm.1686</a>, 2011.

    </mixed-citation></ref-html>
<ref-html id="bib1.bib14"><label>Buckenmaier et al.(2025)Buckenmaier, Neumann, Bullinger, Kempf, Povolni, Engelmann, Samlow, Hövener, Scheffler, Ortmeier, Plaumann, Körber, Theis, and Pravdivtsev</label><mixed-citation>
      
Buckenmaier, K., Neumann, R., Bullinger, F., Kempf, N., Povolni, P., Engelmann, J., Samlow, J., Hövener, J.-B., Scheffler, K., Ortmeier, A., Plaumann, M., Körber, R., Theis, T., and Pravdivtsev, A. N.:
Indirect Zero-Field Nuclear Magnetic Resonance Spectroscopy, Anal. Chem., 97, 17336–17344, <a href="https://doi.org/10.1021/acs.analchem.5c00874" target="_blank">https://doi.org/10.1021/acs.analchem.5c00874</a>, 2025.

    </mixed-citation></ref-html>
<ref-html id="bib1.bib15"><label>Buntkowsky et al.(2022)Buntkowsky, Theiss, Lins, Miloslavina, Wienands, Kiryutin, and Yurkovskaya</label><mixed-citation>
      
Buntkowsky, G., Theiss, F., Lins, J., Miloslavina, Y. A., Wienands, L., Kiryutin, A., and Yurkovskaya, A.:
Recent Advances in the Application of Parahydrogen in Catalysis and Biochemistry, RSC Adv., 12, 12477–12506, <a href="https://doi.org/10.1039/D2RA01346K" target="_blank">https://doi.org/10.1039/D2RA01346K</a>, 2022.

    </mixed-citation></ref-html>
<ref-html id="bib1.bib16"><label>Burns et al.(2015)Burns, Rayner, Green, Highton, Mewis, and Duckett</label><mixed-citation>
      
Burns, M. J., Rayner, P. J., Green, G. G. R., Highton, L. A. R., Mewis, R. E., and Duckett, S. B.:
Improving the Hyperpolarization of <sup>31</sup>P Nuclei by Synthetic Design, J. Phys. Chem. B, 119, 5020–5027, <a href="https://doi.org/10.1021/acs.jpcb.5b00686" target="_blank">https://doi.org/10.1021/acs.jpcb.5b00686</a>, 2015.

    </mixed-citation></ref-html>
<ref-html id="bib1.bib17"><label>Cavallari et al.(2018)Cavallari, Carrera, Sorge, Bonne, Muchir, Aime, and Reineri</label><mixed-citation>
      
Cavallari, E., Carrera, C., Sorge, M., Bonne, G., Muchir, A., Aime, S., and Reineri, F.:
The <sup>13</sup>C Hyperpolarized Pyruvate Generated by Parahydrogen Detects the Response of the Heart to Altered Metabolism in Real Time, Sci. Rep.-UK, 8, 8366, <a href="https://doi.org/10.1038/s41598-018-26583-2" target="_blank">https://doi.org/10.1038/s41598-018-26583-2</a>, 2018.

    </mixed-citation></ref-html>
<ref-html id="bib1.bib18"><label>Cho et al.(2019)Cho, Eskandari, Granlund, and Keshari</label><mixed-citation>
      
Cho, A., Eskandari, R., Granlund, K. L., and Keshari, K. R.:
Hyperpolarized [6-<sup>13</sup>C,<sup>15</sup>N<sub>3</sub>]-Arginine as a Probe for <i>In vivo</i> Arginase Activity, ACS Chem. Biol., 14, 665–673, <a href="https://doi.org/10.1021/acschembio.8b01044" target="_blank">https://doi.org/10.1021/acschembio.8b01044</a>, 2019.

    </mixed-citation></ref-html>
<ref-html id="bib1.bib19"><label>Cuperlovic et al.(2000)Cuperlovic, Meresi, Palke, and Gerig</label><mixed-citation>
      
Cuperlovic, M., Meresi, G. H., Palke, W. E., and Gerig, J.:
Spin Relaxation and Chemical Exchange in NMR Simulations, J. Magn. Reson., 142, 11–23, <a href="https://doi.org/10.1006/jmre.1999.1812" target="_blank">https://doi.org/10.1006/jmre.1999.1812</a>, 2000.

    </mixed-citation></ref-html>
<ref-html id="bib1.bib20"><label>Dey et al.(2020)Dey, Charrier, Martineau, Deborde, Gandriau, Moing, Jacob, Eshchenko, Schnell, Melzi, Kurzbach, Ceillier, Chappuis, Cousin, Kempf, Jannin, Dumez, and Giraudeau</label><mixed-citation>
      
Dey, A., Charrier, B., Martineau, E., Deborde, C., Gandriau, E., Moing, A., Jacob, D., Eshchenko, D., Schnell, M., Melzi, R., Kurzbach, D., Ceillier, M., Chappuis, Q., Cousin, S. F., Kempf, J. G., Jannin, S., Dumez, J.-N., and Giraudeau, P.:
Hyperpolarized NMR Metabolomics at Natural <sup>13</sup>C Abundance, Anal. Chem., 92, 14867–14871, <a href="https://doi.org/10.1021/acs.analchem.0c03510" target="_blank">https://doi.org/10.1021/acs.analchem.0c03510</a>, 2020.

    </mixed-citation></ref-html>
<ref-html id="bib1.bib21"><label>Doktorov et al.(2002)Doktorov, Ivanov, Lukzen, and Morozov</label><mixed-citation>
      
Doktorov, A. B., Ivanov, K. L., Lukzen, N. N., and Morozov, V. A.:
Application of the Integral Encounter Theory to the Description of Degenerate Electron Exchange Reactions, J. Chem. Phys., 117, 7995–8003, <a href="https://doi.org/10.1063/1.1509746" target="_blank">https://doi.org/10.1063/1.1509746</a>, 2002.

    </mixed-citation></ref-html>
<ref-html id="bib1.bib22"><label>Doronin et al.(2011)Doronin, Fel’dman, and Zenchuk</label><mixed-citation>
      
Doronin, S., Fel’dman, E., and Zenchuk, A.:
The Multiple Quantum NMR Dynamics in Systems of Equivalent Spins with a Dipolar Ordered Initial State, J. Exp. Theor. Phys+., 113, 495–501, <a href="https://doi.org/10.1134/S1063776111130036" target="_blank">https://doi.org/10.1134/S1063776111130036</a>, 2011.

    </mixed-citation></ref-html>
<ref-html id="bib1.bib23"><label>Eills et al.(2023)Eills, Budker, Cavagnero, Chekmenev, Elliott, Jannin, Lesage, Matysik, Meersmann, Prisner, Reimer, Yang, and Koptyug</label><mixed-citation>
      
Eills, J., Budker, D., Cavagnero, S., Chekmenev, E. Y., Elliott, S. J., Jannin, S., Lesage, A., Matysik, J., Meersmann, T., Prisner, T., Reimer, J. A., Yang, H., and Koptyug, I. V.:
Spin Hyperpolarization in Modern Magnetic Resonance, Chem. Rev., 123, 1417–1551, <a href="https://doi.org/10.1021/acs.chemrev.2c00534" target="_blank">https://doi.org/10.1021/acs.chemrev.2c00534</a>, 2023.

    </mixed-citation></ref-html>
<ref-html id="bib1.bib24"><label>Eriksson et al.(2022)Eriksson, Lindale, Li, and Warren</label><mixed-citation>
      
Eriksson, S. L., Lindale, J. R., Li, X., and Warren, W. S.:
Improving SABRE Hyperpolarization with Highly Nonintuitive Pulse Sequences: Moving Beyond Avoided Crossings to Describe Dynamics, Sci. Adv., 8, eabl3708, <a href="https://doi.org/10.1126/sciadv.abl3708" target="_blank">https://doi.org/10.1126/sciadv.abl3708</a>, 2022.

    </mixed-citation></ref-html>
<ref-html id="bib1.bib25"><label>Feskov et al.(2005)Feskov, Ivanov, and Burshtein</label><mixed-citation>
      
Feskov, S. V., Ivanov, A. I., and Burshtein, A. I.:
Integral Encounter Theory of Strong Electron Transfer, J. Chem. Phys., 122, <a href="https://doi.org/10.1063/1.1871935" target="_blank">https://doi.org/10.1063/1.1871935</a>, 2005.

    </mixed-citation></ref-html>
<ref-html id="bib1.bib26"><label>Freeman et al.(1970)Freeman, Wittekoek, and Ernst</label><mixed-citation>
      
Freeman, R., Wittekoek, S., and Ernst, R.:
High-Resolution NMR Study of Relaxation Mechanisms in a Two-Spin System, J. Chem. Phys., 52, 1529–1544, <a href="https://doi.org/10.1063/1.1673164" target="_blank">https://doi.org/10.1063/1.1673164</a>, 1970.

    </mixed-citation></ref-html>
<ref-html id="bib1.bib27"><label>Hogben et al.(2011)Hogben, Krzystyniak, Charnock, Hore, and Kuprov</label><mixed-citation>
      
Hogben, H. J., Krzystyniak, M., Charnock, G. T., Hore, P. J., and Kuprov, I.:
Spinach–A Software Library for Simulation of Spin Dynamics in Large Spin Systems, J. Magn. Reson., 208, 179–194, <a href="https://doi.org/10.1016/j.jmr.2010.11.008" target="_blank">https://doi.org/10.1016/j.jmr.2010.11.008</a>, 2011.

    </mixed-citation></ref-html>
<ref-html id="bib1.bib28"><label>Hong et al.(2025)Hong, Wang, Shao, Li, Jiang, and Peng</label><mixed-citation>
      
Hong, T., Wang, Y., Shao, Z., Li, Q., Jiang, M., and Peng, X.:
Femtotesla Atomic Magnetometer for Zero- and Ultralow-field Nuclear Magnetic Resonance, Magn. Reson. Lett., 5, 200170, <a href="https://doi.org/10.1016/j.mrl.2024.200170" target="_blank">https://doi.org/10.1016/j.mrl.2024.200170</a>, 2025.

    </mixed-citation></ref-html>
<ref-html id="bib1.bib29"><label>Ivanov et al.(2004)Ivanov, Lukzen, Kipriyanov, and Doktorov</label><mixed-citation>
      
Ivanov, K. L., Lukzen, N. N., Kipriyanov, A. A., and Doktorov, A. B.:
The Integral Encounter Theory of Multistage Reactions Containing Association–Dissociation Reaction Stages Part I. Kinetic Equations, Phys. Chem. Chem. Phys., 6, 1706–1718, <a href="https://doi.org/10.1039/B308267A" target="_blank">https://doi.org/10.1039/B308267A</a>, 2004.

    </mixed-citation></ref-html>
<ref-html id="bib1.bib30"><label>Ivanov et al.(2014)Ivanov, Pravdivtsev, Yurkovskaya, Vieth, and Kaptein</label><mixed-citation>
      
Ivanov, K. L., Pravdivtsev, A. N., Yurkovskaya, A. V., Vieth, H.-M., and Kaptein, R.:
The Role of Level Anti-Crossings in Nuclear Spin Hyperpolarization, Prog. Nucl. Mag. Res. Sp., 81, 1–36, <a href="https://doi.org/10.1016/j.pnmrs.2014.06.001" target="_blank">https://doi.org/10.1016/j.pnmrs.2014.06.001</a>, 2014.

    </mixed-citation></ref-html>
<ref-html id="bib1.bib31"><label>Ivanov et al.(2023)Ivanov, Madhu, and Rajalakshmi</label><mixed-citation>
      
Ivanov, K. L., Madhu, P., and Rajalakshmi, G.:
Two-Dimensional (2D) NMR Methods, John Wiley &amp; Sons, <a href="https://doi.org/10.1002/9781119806721" target="_blank">https://doi.org/10.1002/9781119806721</a>, 2023.

    </mixed-citation></ref-html>
<ref-html id="bib1.bib32"><label>Jameson and Bruschweiler(2021)</label><mixed-citation>
      
Jameson, G. and Bruschweiler, R.:
NMR Spin Ralaxation Theory of Biomolecules Undergoing Highly Asymmetric Exchange with Large Interaction Partners, J. Chem. Theory Comput., 17, 2374–2382, <a href="https://doi.org/10.1021/acs.jctc.1c00086" target="_blank">https://doi.org/10.1021/acs.jctc.1c00086</a>, 2021.

    </mixed-citation></ref-html>
<ref-html id="bib1.bib33"><label>Jiang et al.(2019)Jiang, Frutos, Wu, Blanchard, Peng, and Budker</label><mixed-citation>
      
Jiang, M., Frutos, R. P., Wu, T., Blanchard, J. W., Peng, X. H., and Budker, D.:
Magnetic Gradiometer for the Detection of Zero- to Ultralow-field Nuclear Magnetic Resonance, Phys. Rev. Appl., 11, <a href="https://doi.org/10.1103/PhysRevApplied.11.024005" target="_blank">https://doi.org/10.1103/PhysRevApplied.11.024005</a>, 2019.

    </mixed-citation></ref-html>
<ref-html id="bib1.bib34"><label>Keshari and Wilson(2014)</label><mixed-citation>
      
Keshari, K. R. and Wilson, D. M.:
Chemistry and Biochemistry of <sup>13</sup>C Hyperpolarized Magnetic Resonance Using Dynamic Nuclear Polarization, Chem. Soc. Rev., 43, 1627–1659, <a href="https://doi.org/10.1039/C3CS60124B" target="_blank">https://doi.org/10.1039/C3CS60124B</a>, 2014.

    </mixed-citation></ref-html>
<ref-html id="bib1.bib35"><label>Kim et al.(2025)Kim, Chen, Nickles, Shkliar, Dang, Slater, Wang, Gordon, Tan, Suszczynski, Maddali, Gaunt, Chen, Villanueva-Meyer, Xu, Larson, Kurhanewicz, Bok, Chang, and Vigneron</label><mixed-citation>
      
Kim, Y., Chen, H.-Y., Nickles, T., Shkliar, I., Dang, D., Slater, J., Wang, C., Gordon, J. W., Tan, C. T., Suszczynski, C., Maddali, S., Gaunt, A., Chen, R., Villanueva-Meyer, J., Xu, D., Larson, P. E. Z., Kurhanewicz, J., Bok, R. A., Chang, S., and Vigneron, D. B.:
Translation of Hyperpolarized [<sup>13</sup>C,<sup>15</sup>N<sub>2</sub>]Urea MRI for Novel Human Brain Perfusion Studies, npj Imaging, 3, 11, <a href="https://doi.org/10.1038/s44303-025-00073-3" target="_blank">https://doi.org/10.1038/s44303-025-00073-3</a>, 2025.

    </mixed-citation></ref-html>
<ref-html id="bib1.bib36"><label>Kiryutin et al.(2026)Kiryutin, Zhukov, Markelov, Dyke, Yurkovskaya, and Barskiy</label><mixed-citation>
      
Kiryutin, A., Zhukov, I., Markelov, D., Dyke, E. V., Yurkovskaya, A., and Barskiy, D.:
High-Field NMR Characterization and Indirect <i>J</i>-Spectroscopy of a Nuclear Spin Chain [U-<sup>13</sup>C,<sup>15</sup>N]-butyronitrile, arXiv [preprint], <a href="https://doi.org/10.48550/arXiv.2602.13895" target="_blank">https://doi.org/10.48550/arXiv.2602.13895</a>, 2026.

    </mixed-citation></ref-html>
<ref-html id="bib1.bib37"><label>Kiryutin et al.(2013)Kiryutin, Yurkovskaya, Kaptein, Vieth, and Ivanov</label><mixed-citation>
      
Kiryutin, A. S., Yurkovskaya, A. V., Kaptein, R., Vieth, H.-M., and Ivanov, K. L.:
Evidence for Coherent Transfer of Parahydrogen-Induced Polarization at Low Magnetic Fields, J. Phys. Chem. Lett., 4, 2514–2519, <a href="https://doi.org/10.1021/jz401210m" target="_blank">https://doi.org/10.1021/jz401210m</a>, 2013.

    </mixed-citation></ref-html>
<ref-html id="bib1.bib38"><label>Kiryutin et al.(2018)Kiryutin, Yurkovskaya, Zimmermann, Vieth, and Ivanov</label><mixed-citation>
      
Kiryutin, A. S., Yurkovskaya, A. V., Zimmermann, H., Vieth, H.-M., and Ivanov, K. L.:
Complete Magnetic Field Dependence of SABRE-Derived Polarization, Magn. Reson. Chem., 56, 651–662, <a href="https://doi.org/10.1002/mrc.4694" target="_blank">https://doi.org/10.1002/mrc.4694</a>, 2018.

    </mixed-citation></ref-html>
<ref-html id="bib1.bib39"><label>Kiryutin et al.(2021)Kiryutin, Zhukov, Ferrage, Bodenhausen, Yurkovskaya, and Ivanov</label><mixed-citation>
      
Kiryutin, A. S., Zhukov, I. V., Ferrage, F., Bodenhausen, G., Yurkovskaya, A. V., and Ivanov, K. L.:
Sequential Assignment of NMR Spectra of Peptides at Natural Isotopic Abundance with Zero- and Ultralow-field TOCSY, Phys. Chem. Chem. Phys., 23, 9715–9720, <a href="https://doi.org/10.1039/D0CP06337A" target="_blank">https://doi.org/10.1039/D0CP06337A</a>, 2021.

    </mixed-citation></ref-html>
<ref-html id="bib1.bib40"><label>Kiryutin et al.(2025)Kiryutin, Markelov, Matsulevich, Kosenko, Kireev, Godovikov, and Yurkovskaya</label><mixed-citation>
      
Kiryutin, A. S., Markelov, D. A., Matsulevich, Z. V., Kosenko, I. D., Kireev, N. V., Godovikov, I. A., and Yurkovskaya, A. V.:
Microtesla Signal Amplification by Reversible Exchange Enables Simultaneous over 5&thinsp;% Polarization of <sup>77</sup>Se and <sup>15</sup>N at Natural Abundance in a Selenium–Nitrogen Heterocycle, J. Am. Chem. Soc., 147, 23113–23119, <a href="https://doi.org/10.1021/jacs.5c06450" target="_blank">https://doi.org/10.1021/jacs.5c06450</a>, 2025.

    </mixed-citation></ref-html>
<ref-html id="bib1.bib41"><label>Knecht and Ivanov(2019)</label><mixed-citation>
      
Knecht, S. and Ivanov, K. L.:
Quantitative Quantum Mechanical Approach to SABRE Hyperpolarization at High Magnetic Fields, J. Chem. Phys., 150, 124106, <a href="https://doi.org/10.1063/1.5084129" target="_blank">https://doi.org/10.1063/1.5084129</a>, 2019.

    </mixed-citation></ref-html>
<ref-html id="bib1.bib42"><label>Knecht et al.(2016)Knecht, Pravdivtsev, Hovener, Yurkovskaya, and Ivanov</label><mixed-citation>
      
Knecht, S., Pravdivtsev, A. N., Hovener, J. B., Yurkovskaya, A. V., and Ivanov, K. L.:
Quantitative Description of the SABRE Process: Rigorous Consideration of Spin Dynamics and Chemical Exchange, RSC Adv., 6, 24470–24477, <a href="https://doi.org/10.1039/c5ra28059a" target="_blank">https://doi.org/10.1039/c5ra28059a</a>, 2016.

    </mixed-citation></ref-html>
<ref-html id="bib1.bib43"><label>Knecht et al.(2020)Knecht, Barskiy, Buntkowsky, and Ivanov</label><mixed-citation>
      
Knecht, S., Barskiy, D. A., Buntkowsky, G., and Ivanov, K. L.:
Theoretical Description of Hyperpolarization Formation in the SABRE-Relay Method, J. Chem. Phys., 153, 164106, <a href="https://doi.org/10.1063/5.0023308" target="_blank">https://doi.org/10.1063/5.0023308</a>, 2020.

    </mixed-citation></ref-html>
<ref-html id="bib1.bib44"><label>Kowalewski and Mäler(2006)</label><mixed-citation>
      
Kowalewski, J. and Mäler, L.:
Nuclear Spin Relaxation in Liquids: Theory, Experiments, and Applications, vol. 2, CRC Press Taylor &amp; Francis Group, Boca Raton, FL, 426, ISBN&thinsp;978-0750309646, 2006.

    </mixed-citation></ref-html>
<ref-html id="bib1.bib45"><label>Kozinenko et al.(2025)Kozinenko, Kiryutin, and Yurkovskaya</label><mixed-citation>
      
Kozinenko, V. P., Kiryutin, A. S., and Yurkovskaya, A. V.:
SLIC-SABRE at Microtesla Fields Enables High Levels of Nuclear Spin Polarization Without Magnetic Shielding, Chem. Methods, 5, e202400060, <a href="https://doi.org/10.1002/cmtd.202400060" target="_blank">https://doi.org/10.1002/cmtd.202400060</a>, 2025.

    </mixed-citation></ref-html>
<ref-html id="bib1.bib46"><label>Kuhn et al.(2023)Kuhn, Weber, Bargon, Parella, and Pérez-Trujillo</label><mixed-citation>
      
Kuhn, L. T., Weber, S., Bargon, J., Parella, T., and Pérez-Trujillo, M.:
Hyperpolarization-Enhanced NMR Spectroscopy of Unaltered Biofluids using Photo-CIDNP, Anal. Chem., 96, 102–109, <a href="https://doi.org/10.1021/acs.analchem.3c03215" target="_blank">https://doi.org/10.1021/acs.analchem.3c03215</a>, 2023.

    </mixed-citation></ref-html>
<ref-html id="bib1.bib47"><label>Kuprov(2018)</label><mixed-citation>
      
Kuprov, I.:
Large-Scale NMR Simulations in Liquid State: A Tutorial, Magn. Reson. Chem., 56, 415–437, <a href="https://doi.org/10.1002/mrc.4660" target="_blank">https://doi.org/10.1002/mrc.4660</a>, 2018.

    </mixed-citation></ref-html>
<ref-html id="bib1.bib48"><label>Kuprov et al.(2007)Kuprov, Wagner-Rundell, and Hore</label><mixed-citation>
      
Kuprov, I., Wagner-Rundell, N., and Hore, P.:
Polynomially Scaling Spin Dynamics Simulation Algorithm Based on Adaptive State-Space Restriction, J. Magn. Reson., 189, 241–250, <a href="https://doi.org/10.1016/j.jmr.2007.09.014" target="_blank">https://doi.org/10.1016/j.jmr.2007.09.014</a>, 2007.

    </mixed-citation></ref-html>
<ref-html id="bib1.bib49"><label>Ledbetter et al.(2009)Ledbetter, Crawford, Pines, Wemmer, Knappe, Kitching, and Budker</label><mixed-citation>
      
Ledbetter, M. P., Crawford, C. W., Pines, A., Wemmer, D. E., Knappe, S., Kitching, J., and Budker, D.:
Optical Detection of NMR <i>J</i>-Spectra at Zero Magnetic Field, J. Magn. Reson., 199, 25–29, <a href="https://doi.org/10.1016/j.jmr.2009.03.008" target="_blank">https://doi.org/10.1016/j.jmr.2009.03.008</a>, 2009.

    </mixed-citation></ref-html>
<ref-html id="bib1.bib50"><label>Ledbetter et al.(2011)Ledbetter, Theis, Blanchard, Ring, Ganssle, Appelt, Blümich, Pines, and Budker</label><mixed-citation>
      
Ledbetter, M. P., Theis, T., Blanchard, J. W., Ring, H., Ganssle, P., Appelt, S., Blümich, B., Pines, A., and Budker, D.:
Near-Zero-Field Nuclear Magnetic Resonance, Phys. Rev. Lett., 107, 107601, <a href="https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.107.107601" target="_blank">https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.107.107601</a>, 2011.

    </mixed-citation></ref-html>
<ref-html id="bib1.bib51"><label>Levitt(2008)</label><mixed-citation>
      
Levitt, M. H.: Spin Dynamics: Basics of Nuclear Magnetic Resonance, 2nd edn., ISBN&thinsp;978-0-470-51117-6, 2008.

    </mixed-citation></ref-html>
<ref-html id="bib1.bib52"><label>Li et al.(2022)Li, Lindale, Eriksson, and Warren</label><mixed-citation>
      
Li, X., Lindale, J. R., Eriksson, S. L., and Warren, W. S.:
SABRE Enhancement with Oscillating Pulse Sequences, Phys. Chem. Chem. Phys., 24, 16462–16470, <a href="https://doi.org/10.1039/D2CP00899H" target="_blank">https://doi.org/10.1039/D2CP00899H</a>, 2022.

    </mixed-citation></ref-html>
<ref-html id="bib1.bib53"><label>Limbach(1991)</label><mixed-citation>
      
Limbach, H.-H.: Dynamic NMR Spectroscopy in the Presence of Kinetic Hydrogen/Deuterium Isotope Effects, Springer, 63–164, ISBN&thinsp;978-3-642-75932-1, 1991.

    </mixed-citation></ref-html>
<ref-html id="bib1.bib54"><label>Lindale et al.(2020)Lindale, Eriksson, Tanner, and Warren</label><mixed-citation>
      
Lindale, J. R., Eriksson, S. L., Tanner, C. P., and Warren, W. S.:
Infinite-Order Perturbative Treatment for Quantum Evolution with Exchange, Sci. Adv., 6, eabb6874, <a href="https://doi.org/10.1126/sciadv.abb6874" target="_blank">https://doi.org/10.1126/sciadv.abb6874</a>, 2020.

    </mixed-citation></ref-html>
<ref-html id="bib1.bib55"><label>Mamone et al.(2025)Mamone, Floreani, Faramawy, Graiff, Franco, Ruzzi, Tubaro, and Stevanato</label><mixed-citation>
      
Mamone, S., Floreani, F., Faramawy, A. M., Graiff, C., Franco, L., Ruzzi, M., Tubaro, C., and Stevanato, G.:
(De)coding SABRE of [1-<sup>13</sup>C] Pyruvate, Phys. Chem. Chem. Phys., 27, 22924–22936, <a href="https://doi.org/10.1039/d5cp01773d" target="_blank">https://doi.org/10.1039/d5cp01773d</a>, 2025.

    </mixed-citation></ref-html>
<ref-html id="bib1.bib56"><label>Markelov(2025)</label><mixed-citation>
      
Markelov, D.: Scripts for scalable modeling of SABRE with zero-quantum projection, Zenodo [code], <a href="https://doi.org/10.5281/zenodo.18083297" target="_blank">https://doi.org/10.5281/zenodo.18083297</a>, 2025.

    </mixed-citation></ref-html>
<ref-html id="bib1.bib57"><label>Markelov et al.(2021)Markelov, Kozinenko, Knecht, Kiryutin, Yurkovskaya, and Ivanov</label><mixed-citation>
      
Markelov, D. A., Kozinenko, V. P., Knecht, S., Kiryutin, A. S., Yurkovskaya, A. V., and Ivanov, K. L.:
Singlet to Triplet Conversion in Molecular Hydrogen and Its Role in Parahydrogen Induced Polarization, Phys. Chem. Chem. Phys., 23, 20936–20944, <a href="https://doi.org/10.1039/D1CP03164C" target="_blank">https://doi.org/10.1039/D1CP03164C</a>, 2021.

    </mixed-citation></ref-html>
<ref-html id="bib1.bib58"><label>Markelov et al.(2024)Markelov, Kozinenko, Kiryutin, and Yurkovskaya</label><mixed-citation>
      
Markelov, D. A., Kozinenko, V. P., Kiryutin, A. S., and Yurkovskaya, A. V.:
High-Field SABRE Pulse Sequence Design for Chemically Non-Equivalent Spin Systems, J. Chem. Phys., 161, 214203, <a href="https://doi.org/10.1063/5.0236841" target="_blank">https://doi.org/10.1063/5.0236841</a>, 2024.

    </mixed-citation></ref-html>
<ref-html id="bib1.bib59"><label>Markelov et al.(2025)Markelov, Kiryutin, Borisov, Kosenko, Godovikov, and Yurkovskaya</label><mixed-citation>
      
Markelov, D. A., Kiryutin, A. S., Borisov, A. V., Kosenko, I. D., Godovikov, I. A., and Yurkovskaya, A. V.:
<sup>77</sup>Se Hyperpolarization Enabled by Reversible Parahydrogen Exchange and Audio-Frequency Magnetic Fields at 0.1&thinsp;mT, J. Phys. Chem. Lett., 16, 10621–10626, <a href="https://doi.org/10.1021/acs.jpclett.5c02693" target="_blank">https://doi.org/10.1021/acs.jpclett.5c02693</a>, 2025.

    </mixed-citation></ref-html>
<ref-html id="bib1.bib60"><label>McBride et al.(2025)McBride, Pike, Curran, Zavriyev, Adebesin, Tucker, Harzan, Senanayake, Shen, Abdulmojeed, Theiss, Boele, Gade, Duckett, Goodson, Rosen, Chekmenev, Yuan, Dedesma, Kadlecek, Theis, and TomHon</label><mixed-citation>
      
McBride, S. J., Pike, M., Curran, E., Zavriyev, A., Adebesin, B., Tucker, L., Harzan, J. M., Senanayake, I. M., Shen, S., Abdulmojeed, M., Theiss, F., Boele, T., Gade, T. P., Duckett, S., Goodson, B. M., Rosen, M. S., Chekmenev, E. Y., Yuan, H., Dedesma, C., Kadlecek, S., Theis, T., and TomHon, P.:
Scalable Hyperpolarized MRI Enabled by Ace-SABRE of [1-<sup>13</sup>C]Pyruvate, Angew. Chem. Int. Edit., e202501231, <a href="https://doi.org/10.1002/anie.202501231" target="_blank">https://doi.org/10.1002/anie.202501231</a>, 2025.

    </mixed-citation></ref-html>
<ref-html id="bib1.bib61"><label>Messiah(1962)</label><mixed-citation>
      
Messiah, A.: Quantum Mechanics, Elsevier, North-Holland, Amsterdam, ISBN&thinsp;0720400449, 1962.

    </mixed-citation></ref-html>
<ref-html id="bib1.bib62"><label>Mewis et al.(2015)Mewis, Green, Cockett, Cowley, Duckett, Green, John, Rayner, and Williamson</label><mixed-citation>
      
Mewis, R. E., Green, R. A., Cockett, M. C., Cowley, M. J., Duckett, S. B., Green, G. G., John, R. O., Rayner, P. J., and Williamson, D. C.:
Strategies for the Hyperpolarization of Acetonitrile and Related Ligands by SABRE, J. Phys. Chem. B, 119, 1416–1424, 2015.

    </mixed-citation></ref-html>
<ref-html id="bib1.bib63"><label>Mishra et al.(2016)Mishra, Pariani, Oerther, Schwaiger, and Westmeyer</label><mixed-citation>
      
Mishra, A., Pariani, G., Oerther, T., Schwaiger, M., and Westmeyer, G. G.:
Hyperpolarized Multi-Metal <sup>13</sup>C-Sensors for Magnetic Resonance Imaging, Anal. Chem., 88, 10790–10794, <a href="https://doi.org/10.1021/acs.analchem.6b03546" target="_blank">https://doi.org/10.1021/acs.analchem.6b03546</a>, 2016.

    </mixed-citation></ref-html>
<ref-html id="bib1.bib64"><label>Olaru et al.(2018)Olaru, Robertson, Lewis, Antony, Iali, Mewis, and Duckett</label><mixed-citation>
      
Olaru, A. M., Robertson, T. B. R., Lewis, J. S., Antony, A., Iali, W., Mewis, R. E., and Duckett, S. B.:
Extending the Scope of <sup>19</sup>F Hyperpolarization through Signal Amplification by Reversible Exchange in MRI and NMR Spectroscopy, ChemistryOpen, 7, 97, <a href="https://doi.org/10.1002/open.201700166" target="_blank">https://doi.org/10.1002/open.201700166</a>, 2018.

    </mixed-citation></ref-html>
<ref-html id="bib1.bib65"><label>Park and Wang(2022)</label><mixed-citation>
      
Park, H. and Wang, Q.:
State-of-the-art Accounts of Hyperpolarized <sup>15</sup>N-Labeled Molecular Imaging Probes for Magnetic Resonance Spectroscopy and Imaging, Chem. Sci., 13, 7378–7391, <a href="https://doi.org/10.1039/D2SC01264B" target="_blank">https://doi.org/10.1039/D2SC01264B</a>, 2022.

    </mixed-citation></ref-html>
<ref-html id="bib1.bib66"><label>Petersen et al.(2025)Petersen, Nagel, Groß, de Maissin, Willing, Heß, Mitschke, Klemm, Treiber, Müller, Knecht, Schwartz, Weigt, Bock, von Elverfeldt, Zaitsev, Chekmenev, Hövener, Martins, Schilling, Reinheckel, and Schmidt</label><mixed-citation>
      
Petersen, S., Nagel, L., Groß, P. R., de Maissin, H., Willing, R., Heß, L., Mitschke, J., Klemm, N., Treiber, J., Müller, C. A., Knecht, S., Schwartz, I., Weigt, M., Bock, M., von Elverfeldt, D., Zaitsev, M., Chekmenev, E. Y., Hövener, J.-B., Martins, A. F., Schilling, F., Reinheckel, T., and Schmidt, A. B.:
<i>In vivo</i> molecular imaging of breast cancer metabolic heterogeneity using [1-<sup>13</sup>C]pyruvate-d<sub>3</sub> hyperpolarized by reversible exchange with parahydrogen, Theranostics, 15, 3714–3723, <a href="https://doi.org/10.7150/thno.103272" target="_blank">https://doi.org/10.7150/thno.103272</a>, 2025.

    </mixed-citation></ref-html>
<ref-html id="bib1.bib67"><label>Picazo-Frutos et al.(2024)Picazo-Frutos, Sheberstov, Blanchard, Van Dyke, Reh, Sjoelander, Pines, Budker, and Barskiy</label><mixed-citation>
      
Picazo-Frutos, R., Sheberstov, K. F., Blanchard, J. W., Van Dyke, E., Reh, M., Sjoelander, T., Pines, A., Budker, D., and Barskiy, D. A.:
Zero-Field <i>J</i>-Spectroscopy of Quadrupolar Nuclei, Nat. Commun., 15, 4487, <a href="https://doi.org/10.1038/s41467-024-48390-2" target="_blank">https://doi.org/10.1038/s41467-024-48390-2</a>, 2024.

    </mixed-citation></ref-html>
<ref-html id="bib1.bib68"><label>Pileio(2010)</label><mixed-citation>
      
Pileio, G.:
Relaxation Theory of Nuclear Singlet States in Two Spin-1∕2 Systems, Prog. Nucl. Mag. Res. Sp., 56, 217–231, <a href="https://doi.org/10.1016/j.pnmrs.2009.10.001" target="_blank">https://doi.org/10.1016/j.pnmrs.2009.10.001</a>, 2010.

    </mixed-citation></ref-html>
<ref-html id="bib1.bib69"><label>Pravdivtsev and Hövener(2019)</label><mixed-citation>
      
Pravdivtsev, A. N. and Hövener, J.-B.:
Simulating Non-linear Chemical and Physical (CAP) Dynamics of Signal Amplification By Reversible Exchange (SABRE), Chem. Eur. J., 25, 7659–7668, <a href="https://doi.org/10.1002/chem.201806133" target="_blank">https://doi.org/10.1002/chem.201806133</a>, 2019.

    </mixed-citation></ref-html>
<ref-html id="bib1.bib70"><label>Pravdivtsev et al.(2013a)Pravdivtsev, Ivanov, Kaptein, and Yurkovskaya</label><mixed-citation>
      
Pravdivtsev, A. N., Ivanov, K. L., Kaptein, R., and Yurkovskaya, A. V.:
Theoretical Study of Dipolar Relaxation of Coupled Nuclear Spins at Variable Magnetic Field, Appl. Magn. Reson., 44, 23–39, <a href="https://doi.org/10.1007/s00723-012-0404-z" target="_blank">https://doi.org/10.1007/s00723-012-0404-z</a>, 2013a.

    </mixed-citation></ref-html>
<ref-html id="bib1.bib71"><label>Pravdivtsev et al.(2013b)Pravdivtsev, Yurkovskaya, Vieth, Ivanov, and Kaptein</label><mixed-citation>
      
Pravdivtsev, A. N., Yurkovskaya, A. V., Vieth, H.-M., Ivanov, K. L., and Kaptein, R.:
Level Anti-Crossings are a Key Factor for Understanding para-Hydrogen-Induced Hyperpolarization in SABRE Experiments, ChemPhysChem, 14, 3327–3331, <a href="https://doi.org/10.1002/cphc.201300595" target="_blank">https://doi.org/10.1002/cphc.201300595</a>, 2013b.

    </mixed-citation></ref-html>
<ref-html id="bib1.bib72"><label>Pravdivtsev et al.(2014a)Pravdivtsev, Yurkovskaya, Lukzen, Ivanov, and Vieth</label><mixed-citation>
      
Pravdivtsev, A. N., Yurkovskaya, A. V., Lukzen, N. N., Ivanov, K. L., and Vieth, H. M.:
Highly Efficient Polarization of Spin-1∕2 Insensitive NMR Nuclei by Adiabatic Passage through Level Anticrossings, J. Phys. Chem. Lett., 5, 3421–3426, <a href="https://doi.org/10.1021/Jz501754j" target="_blank">https://doi.org/10.1021/Jz501754j</a>, 2014a.

    </mixed-citation></ref-html>
<ref-html id="bib1.bib73"><label>Pravdivtsev et al.(2014b)Pravdivtsev, Yurkovskaya, Lukzen, Vieth, and Ivanov</label><mixed-citation>
      
Pravdivtsev, A. N., Yurkovskaya, A. V., Lukzen, N. N., Vieth, H. M., and Ivanov, K. L.:
Exploiting Level Anti-Crossings (LACs) in the Rotating Frame for Transferring Spin Hyperpolarization, Phys. Chem. Chem. Phys., 16, 18707–18719, <a href="https://doi.org/10.1039/C4cp01445f" target="_blank">https://doi.org/10.1039/C4cp01445f</a>, 2014b.

    </mixed-citation></ref-html>
<ref-html id="bib1.bib74"><label>Pravdivtsev et al.(2014c)Pravdivtsev, Yurkovskaya, Vieth, and Ivanov</label><mixed-citation>
      
Pravdivtsev, A. N., Yurkovskaya, A. V., Vieth, H. M., and Ivanov, K. L.:
Spin Mixing at Level Anti-Crossings in the Rotating Frame Makes High-Field SABRE Feasible, Phys. Chem. Chem. Phys., 16, 24672–24675, <a href="https://doi.org/10.1039/C4cp03765k" target="_blank">https://doi.org/10.1039/C4cp03765k</a>, 2014c.

    </mixed-citation></ref-html>
<ref-html id="bib1.bib75"><label>Pravdivtsev et al.(2015)Pravdivtsev, Ivanov, Yurkovskaya, Petrov, Limbach, Kaptein, and Vieth</label><mixed-citation>
      
Pravdivtsev, A. N., Ivanov, K. L., Yurkovskaya, A. V., Petrov, P. A., Limbach, H.-H., Kaptein, R., and Vieth, H.-M.:
Spin Polarization Transfer Mechanisms of SABRE: A Magnetic Field Dependent Study, J. Magn. Reson., 261, 73–82, <a href="https://doi.org/10.1016/j.jmr.2015.10.006" target="_blank">https://doi.org/10.1016/j.jmr.2015.10.006</a>, 2015.

    </mixed-citation></ref-html>
<ref-html id="bib1.bib76"><label>Pravdivtsev et al.(2021)Pravdivtsev, Buntkowsky, Duckett, Koptyug, and Hovener</label><mixed-citation>
      
Pravdivtsev, A. N., Buntkowsky, G., Duckett, S. B., Koptyug, I. V., and Hovener, J. B.:
Parahydrogen-Induced Polarization of Amino Acids, Angew. Chem. Int. Edit., 60, 23496–23507, <a href="https://doi.org/10.1002/anie.202100109" target="_blank">https://doi.org/10.1002/anie.202100109</a>, 2021.

    </mixed-citation></ref-html>
<ref-html id="bib1.bib77"><label>Put et al.(2021)Put, Pustelny, Budker, Druga, Sjolander, Pines, and Barskiy</label><mixed-citation>
      
Put, P., Pustelny, S., Budker, D., Druga, E., Sjolander, T. F., Pines, A., and Barskiy, D. A.:
Zero- to Ultralow-field NMR Spectroscopy of Small Biomolecules, Anal. Chem., 93, 3226–3232, <a href="https://doi.org/10.1021/acs.analchem.0c04738" target="_blank">https://doi.org/10.1021/acs.analchem.0c04738</a>, 2021.

    </mixed-citation></ref-html>
<ref-html id="bib1.bib78"><label>Put et al.(2023)Put, Alcicek, Bondar, Bodek, Duckett, and Pustelny</label><mixed-citation>
      
Put, P., Alcicek, S., Bondar, O., Bodek, L., Duckett, S., and Pustelny, S.:
Detection of Pyridine Derivatives by SABRE Hyperpolarization at Zero Field, Commun. Chem., 6, 131, <a href="https://doi.org/10.1038/s42004-023-00928-z" target="_blank">https://doi.org/10.1038/s42004-023-00928-z</a>, 2023.

    </mixed-citation></ref-html>
<ref-html id="bib1.bib79"><label>Pyper(1971)</label><mixed-citation>
      
Pyper, N.:
Theory of Symmetry in Nuclear Magnetic Relaxation, Mol. Phys., 22, 433–458, <a href="https://doi.org/10.1080/00268977100102711" target="_blank">https://doi.org/10.1080/00268977100102711</a>, 1971.

    </mixed-citation></ref-html>
<ref-html id="bib1.bib80"><label>Rayner and Duckett(2018)</label><mixed-citation>
      
Rayner, P. J. and Duckett, S. B.:
Signal Amplification by Reversible Exchange (SABRE): From Discovery to Diagnosis, Angew. Chem. Int. Edit., 57, 6742–6753, <a href="https://doi.org/10.1002/anie.201710406" target="_blank">https://doi.org/10.1002/anie.201710406</a>, 2018.

    </mixed-citation></ref-html>
<ref-html id="bib1.bib81"><label>Rodriguez et al.(2025)Rodriguez, von Petersdorff-Campen, Korchak, Sucre, Santi, Elsasser, Mei, Fries, Felger, Markus, Alves, and Glöggler</label><mixed-citation>
      
Rodriguez, G. G., von Petersdorff-Campen, C., Korchak, S., Sucre, O., Santi, M. D., Elsasser, J., Mei, R., Fries, L. M., Felger, J., Markus, A., Alves, F., and Glöggler, S.:
Biological <i>J</i>-Coupling Spectroscopy at Low Magnetic Field, Small, 5, 2500268, <a href="https://doi.org/10.1002/smsc.202500268" target="_blank">https://doi.org/10.1002/smsc.202500268</a>, 2025.

    </mixed-citation></ref-html>
<ref-html id="bib1.bib82"><label>Schmidt et al.(2023)Schmidt, Eills, Dagys, Gierse, Keim, Lucas, Bock, Schwartz, Zaitsev, Chekmenev, and Knecht</label><mixed-citation>
      
Schmidt, A. B., Eills, J., Dagys, L., Gierse, M., Keim, M., Lucas, S., Bock, M., Schwartz, I., Zaitsev, M., Chekmenev, E. Y., and Knecht, S.:
Over 20&thinsp;% Carbon-13 Polarization of Perdeuterated Pyruvate Using Reversible Exchange with Parahydrogen and Spin-Lock Induced Crossing at 50&thinsp;μT, J. Phys. Chem. Lett., 14, 5305–5309, <a href="https://doi.org/10.1021/acs.jpclett.3c00707" target="_blank">https://doi.org/10.1021/acs.jpclett.3c00707</a>, 2023.

    </mixed-citation></ref-html>
<ref-html id="bib1.bib83"><label>Schwartz et al.(1982)Schwartz, Stillman, and Freed</label><mixed-citation>
      
Schwartz, L. J., Stillman, A. E., and Freed, J. H.:
Analysis of Electron Spin Echoes by Spectral Representation of the Stochastic Liouville Qquation, J. Chem. Phys., 77, 5410–5425, <a href="https://doi.org/10.1063/1.443791" target="_blank">https://doi.org/10.1063/1.443791</a>, 1982.

    </mixed-citation></ref-html>
<ref-html id="bib1.bib84"><label>Shchepin et al.(2019)Shchepin, Birchall, Chukanov, Kovtunov, Koptyug, Theis, Warren, Gelovani, Goodson, Shokouhi, Rosen, Yen, Pham, and Chekmenev</label><mixed-citation>
      
Shchepin, R. V., Birchall, J. R., Chukanov, N. V., Kovtunov, K. V., Koptyug, I. V., Theis, T., Warren, W. S., Gelovani, J. G., Goodson, B. M., Shokouhi, S., Rosen, M. S., Yen, Y. F., Pham, W., and Chekmenev, E. Y.:
Hyperpolarizing Concentrated Metronidazole (NO<sub>2</sub>)-<sup>15</sup>N Group over Six Chemical Bonds with More than 15&thinsp;% Polarization and a 20 Minute Lifetime, Chem. Eur. J., 25, 8829–8836, <a href="https://doi.org/10.1002/chem.201901192" target="_blank">https://doi.org/10.1002/chem.201901192</a>, 2019.

    </mixed-citation></ref-html>
<ref-html id="bib1.bib85"><label>Sheberstov et al.(2021)</label><mixed-citation>
      
Sheberstov, K. F., Chuchkova, L., Hu, Y., Zhukov, I. V., Kiryutin, A. S., Eshtukov, A. V., Cheshkov, D. A., Barskiy, D. A., Blanchard, J. W., Budker, D., Ivanov, K. L., and Yurkovskaya, A. V.: Photochemically Induced Dynamic Nuclear Polarization of Heteronuclear Singlet Order, J. Phys. Chem. Lett., 12, 4686–4691, <a href="https://doi.org/10.1021/acs.jpclett.1c00503" target="_blank">https://doi.org/10.1021/acs.jpclett.1c00503</a>, 2021.

    </mixed-citation></ref-html>
<ref-html id="bib1.bib86"><label>Sjolander et al.(2020)Sjolander, Blanchard, Budker, and Pines</label><mixed-citation>
      
Sjolander, T. F., Blanchard, J. W., Budker, D., and Pines, A.:
Two-Dimensional Single- and Multiple-Quantum Correlation Spectroscopy in Zero-Field Nuclear Magnetic Resonance, J. Magn. Reson., 318, 106781, <a href="https://doi.org/10.1016/j.jmr.2020.106781" target="_blank">https://doi.org/10.1016/j.jmr.2020.106781</a>, 2020.

    </mixed-citation></ref-html>
<ref-html id="bib1.bib87"><label>Snadin et al.(2024)Snadin, Chuklina, Kiryutin, Lukzen, and Yurkovskaya</label><mixed-citation>
      
Snadin, A. V., Chuklina, N. O., Kiryutin, A. S., Lukzen, N. N., and Yurkovskaya, A. V.:
Magnetic Field Dependence of the Para-Ortho Conversion Rate of Molecular Hydrogen in SABRE Experiments, J. Magn. Reson., 360, 107630, <a href="https://doi.org/10.1016/j.jmr.2024.107630" target="_blank">https://doi.org/10.1016/j.jmr.2024.107630</a>, 2024.

    </mixed-citation></ref-html>
<ref-html id="bib1.bib88"><label>Stern and Sheberstov(2023)</label><mixed-citation>
      
Stern, Q. and Sheberstov, K.:
Simulation of NMR spectra at zero and ultralow fields from A to Z – a tribute to Prof. Konstantin L'vovich Ivanov, Magn. Reson., 4, 87–109, <a href="https://doi.org/10.5194/mr-4-87-2023" target="_blank">https://doi.org/10.5194/mr-4-87-2023</a>, 2023.

    </mixed-citation></ref-html>
<ref-html id="bib1.bib89"><label>Svyatova et al.(2019)Svyatova, Skovpin, Chukanov, Kovtunov, Chekmenev, Pravdivtsev, Hovener, and Koptyug</label><mixed-citation>
      
Svyatova, A., Skovpin, I. V., Chukanov, N. V., Kovtunov, K. V., Chekmenev, E. Y., Pravdivtsev, A. N., Hovener, J. B., and Koptyug, I. V.:
<sup>15</sup>N MRI of SLIC-SABRE Hyperpolarized <sup>15</sup>N-Labelled Pyridine and Nicotinamide, Chem. Eur. J., 25, 8465–8470, <a href="https://doi.org/10.1002/chem.201900430" target="_blank">https://doi.org/10.1002/chem.201900430</a>, 2019.

    </mixed-citation></ref-html>
<ref-html id="bib1.bib90"><label>Teleanu et al.(2025)Teleanu, Fabricant, Zhang, Centers, Budker, Barskiy, and Jerschow</label><mixed-citation>
      
Teleanu, F., Fabricant, A. M., Zhang, C., Centers, G. P., Budker, D., Barskiy, D. A., and Jerschow, A.:
Nuclear Spin Relaxation in Zero-to Ultralow-field Magnetic Resonance Spectroscopy, arXiv [preprint], <a href="https://doi.org/10.48550/arXiv.2511.08517" target="_blank">https://doi.org/10.48550/arXiv.2511.08517</a>, 2025.

    </mixed-citation></ref-html>
<ref-html id="bib1.bib91"><label>Theis et al.(2011)Theis, Ganssle, Kervern, Knappe, Kitching, Ledbetter, Budker, and Pines</label><mixed-citation>
      
Theis, T., Ganssle, P., Kervern, G., Knappe, S., Kitching, J., Ledbetter, M. P., Budker, D., and Pines, A.:
Parahydrogen-Enhanced Zero-Field Nuclear Magnetic Resonance, Nat. Phys., 7, 571–575, <a href="https://doi.org/10.1038/Nphys1986" target="_blank">https://doi.org/10.1038/Nphys1986</a>, 2011.

    </mixed-citation></ref-html>
<ref-html id="bib1.bib92"><label>Theis et al.(2012)Theis, Ledbetter, Kervern, Blanchard, Ganssle, Butler, Shin, Budker, and Pines</label><mixed-citation>
      
Theis, T., Ledbetter, M. P., Kervern, G., Blanchard, J. W., Ganssle, P. J., Butler, M. C., Shin, H. D., Budker, D., and Pines, A.:
Zero-Field NMR Enhanced by Parahydrogen in Reversible Exchange, J. Am. Chem. Soc., 134, 3987–3990, <a href="https://doi.org/10.1021/Ja2112405" target="_blank">https://doi.org/10.1021/Ja2112405</a>, 2012.

    </mixed-citation></ref-html>
<ref-html id="bib1.bib93"><label>TomHon et al.(2025)TomHon, Gyesi, Abdurraheem, McBride, Samoilenko, Oladun, Curran, Pike, Welch, Scofield, Goodson, Sadagurski, Theis, and Chekmenev</label><mixed-citation>
      
TomHon, P., Gyesi, J., Abdurraheem, A., McBride, S., Samoilenko, A., Oladun, C., Curran, E., Pike, M., Welch, S. D., Scofield, S., Goodson, B. M., Sadagurski, M., Theis, T., and Chekmenev, E. Y.:
Biocompatible SABRE Hyperpolarization of [1-<sup>13</sup>C]Ketoleucine for Cellular Metabolic Flux Sensing, Chem. Eur. J., 02734, <a href="https://doi.org/10.1002/chem.202502734" target="_blank">https://doi.org/10.1002/chem.202502734</a>, 2025.


    </mixed-citation></ref-html>
<ref-html id="bib1.bib94"><label>Van Dyke et al.(2022)Van Dyke, Eills, Picazo-Frutos, Sheberstov, Hu, Budker, and Barskiy</label><mixed-citation>
      
Van Dyke, E. T., Eills, J., Picazo-Frutos, R., Sheberstov, K. F., Hu, Y., Budker, D., and Barskiy, D. A.:
Relayed Hyperpolarization for Zero-Field Nuclear Magnetic Resonance, Sci. Adv., 8, eabp9242, <a href="https://doi.org/10.1126/sciadv.abp9242" target="_blank">https://doi.org/10.1126/sciadv.abp9242</a>, 2022.

    </mixed-citation></ref-html>
<ref-html id="bib1.bib95"><label>Vaneeckhaute et al.(2023)Vaneeckhaute, Tyburn, Kempf, Martens, and Breynaert</label><mixed-citation>
      
Vaneeckhaute, E., Tyburn, J. M., Kempf, J. G., Martens, J. A., and Breynaert, E.:
Reversible Parahydrogen Induced Hyperpolarization of <sup>15</sup>N in Unmodified Amino Acids Unraveled at High Magnetic Field, Sci. Adv., 10, e2207112, <a href="https://doi.org/10.1002/advs.202207112" target="_blank">https://doi.org/10.1002/advs.202207112</a>, 2023.

    </mixed-citation></ref-html>
<ref-html id="bib1.bib96"><label>Xu et al.(2026)Xu, Kircher, Tretiak, Budker, and Barskiy</label><mixed-citation>
      
Xu, J., Kircher, R., Tretiak, O., Budker, D., and Barskiy, D. A.:
Quantum Magnetic <i>J</i>-Oscillators, Nat. Commun., 17, 1200, <a href="https://doi.org/10.1038/s41467-026-68779-5" target="_blank">https://doi.org/10.1038/s41467-026-68779-5</a>, 2026.

    </mixed-citation></ref-html>
<ref-html id="bib1.bib97"><label>Zachrdla et al.(2025)Zachrdla, Turhan, Bučková, Hänsel-Hertsch, Trantírek, and Kurzbach</label><mixed-citation>
      
Zachrdla, M., Turhan, E., Bučková, M., Hänsel-Hertsch, R., Trantírek, L., and Kurzbach, D.:
Hyperpolarized NMR Reveals Low-Populated Folding Intermediates in DNA, J. Am. Chem. Soc., 147, 46563–46572, <a href="https://doi.org/10.1021/jacs.5c17542" target="_blank">https://doi.org/10.1021/jacs.5c17542</a>, 2025.

    </mixed-citation></ref-html>
<ref-html id="bib1.bib98"><label>Zaiss and Bachert(2013)</label><mixed-citation>
      
Zaiss, M. and Bachert, P.:
Exchange-Dependent Relaxation in the Rotating Frame for Slow and Intermediate Exchange–Modeling Off-Resonant Spin-Lock and Chemical Exchange Saturation Transfer, NMR Biomed., 26, 507–518, <a href="https://doi.org/10.1002/nbm.2887" target="_blank">https://doi.org/10.1002/nbm.2887</a>, 2013.

    </mixed-citation></ref-html>
<ref-html id="bib1.bib99"><label>Zheng et al.(2026)</label><mixed-citation>
      
Zheng, L., Peng, Q., Sun, H., Deng, J., Jiang, Y., Xiong, Y., Chen, L., Cui, X., Lin, H., Chen, Z., Wang, X., and Gao, J.: SABRE Hyperpolarized Multichannel <sup>19</sup>F NMR for Sensitive Detection of Multiple Disease Marker Enzymes on a Benchtop NMR, Angew. Chem. Int. Edit., 17348, <a href="https://doi.org/10.1002/anie.202517348" target="_blank">https://doi.org/10.1002/anie.202517348</a>, 2026.

    </mixed-citation></ref-html>
<ref-html id="bib1.bib100"><label>Zhukov et al.(2020)Zhukov, Kiryutin, Ferrage, Buntkowsky, Yurkovskaya, and Ivanov</label><mixed-citation>
      
Zhukov, I. V., Kiryutin, A. S., Ferrage, F., Buntkowsky, G., Yurkovskaya, A. V., and Ivanov, K. L.:
Total Correlation Spectroscopy Across All NMR-Active Nuclei by Mixing at Zero Field, J. Phys. Chem. Lett., 11, 7291–7296, <a href="https://doi.org/10.1021/acs.jpclett.0c02032" target="_blank">https://doi.org/10.1021/acs.jpclett.0c02032</a>, 2020.

    </mixed-citation></ref-html>
<ref-html id="bib1.bib101"><label>Zhukov et al.(2021)Zhukov, Kiryutin, Yurkovskaya, Blanchard, Budker, and Ivanov</label><mixed-citation>
      
Zhukov, I. V., Kiryutin, A. S., Yurkovskaya, A. V., Blanchard, J. W., Budker, D., and Ivanov, K. L.:
Correlation of High-Field and Zero- to Ultralow-field NMR Properties Using 2D Spectroscopy, J. Chem. Phys., 154, 144201, <a href="https://doi.org/10.1063/5.0039294" target="_blank">https://doi.org/10.1063/5.0039294</a>, 2021.

    </mixed-citation></ref-html>--></article>
