量子钻石单自旋谱仪

简要描述：量子钻石单自旋谱仪是一台基于NV色心和光探测磁共振技术的量子精密测量仪器，通过控制光、电、磁等基本物理量，实现对金刚石中氮—空位（NV色心）发光缺陷的自旋进行量子操控与读出，与传统顺磁共振、核磁共振相比，具有初态是量子纯态、自旋量子相干时间长、量子操控能力强大、量子塌缩测量实验结果直观等优势。

更新日期：2023-11-08
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量子钻石单自旋谱仪是一台基于NV色心和光探测磁共振技术的量子精密测量仪器，通过控制光、电、磁等基本物理量，实现对金刚石中氮—空位（NV色心）发光缺陷的自旋进行量子操控与读出，与传统顺磁共振、核磁共振相比，具有初态是量子纯态、自旋量子相干时间长、量子操控能力强大、量子塌缩测量实验结果直观等优势。

完善的金刚石量子传感器制备技术，包括超纯金刚石的生长、离子注

入和微纳加工工艺，掌握制备长相干时间、高稳定度金刚石量子传

感器的核心工艺。

超高空间分辨率，可实现纳米级尺度磁场、电场、温度的量子精密

测量。

高保真度量子自旋态调控技术，自主研发的具备50皮秒时间精度宽

带高功率微波调制部件，实现对自旋低噪声、高效、快速的量子相干

操控。

可进行长时间无人值守实验，智能化仪器控制与信号采集系统，包括

：色心自动实验、光路自动校准、磁场自动调节等。

量子钻石单自旋谱仪应用领域

微观磁共振

利用NV色心与外界电子自旋的相互作用，实现了在室温大气环境下，单个蛋白质分子的电子顺磁共振谱学研究。实现纳米尺度甚至单自旋水平对微观物质单元的测量，可以获取被系综统计平均所掩盖的个体信息，从而更本质地理解物质的结构与性质。

量子计算

NV色心的基态可以等效为自旋为1的电子自旋，其中的两个自旋能级可以用来编码量子比特。结合N（N的两种同位素 ¹⁴N和 ¹⁵N均具有核自旋）以及近邻的 ¹³C核自旋，每个NV色心可以与附近的核自旋组成数个量子比特。通过施加激光实现对NV色心电子自旋的初始化和读出，施加微波和射频脉冲实现量子逻辑门。目前NV色心自旋体系的单比特量子逻辑门的保真度可达99.9952 %。

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