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量子鉆石單自旋譜儀

描述：量子鉆石單自旋譜儀進(jìn)行長(zhǎng)時(shí)間無人值守實(shí)驗(yàn)是一臺(tái)基于NV色心和光探測(cè)磁共振技術(shù)的量子精密測(cè)量?jī)x器，通過控制光、電、磁等基本物理量，實(shí)現(xiàn)對(duì)金剛石中氮—空位（NV色心）發(fā)光缺陷的自旋進(jìn)行量子操控與讀出，與傳統(tǒng)順磁共振、核磁共振相比，具有初態(tài)是量子純態(tài)、自旋量子相干時(shí)間長(zhǎng)、量子操控能力強(qiáng)大、量子塌縮測(cè)量實(shí)驗(yàn)結(jié)果直觀等優(yōu)勢(shì)。

更新時(shí)間：2025-04-02

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量子鉆石單自旋譜儀

量子鉆石單自旋譜儀是一臺(tái)基于NV色心和光探測(cè)磁共振技術(shù)的量子精密測(cè)量?jī)x器，通過控制光、電、磁等基本物理量，實(shí)現(xiàn)對(duì)金剛石中氮—空位（NV色心）發(fā)光缺陷的自旋進(jìn)行量子操控與讀出，與傳統(tǒng)順磁共振、核磁共振相比，具有初態(tài)是量子純態(tài)、自旋量子相干時(shí)間長(zhǎng)、量子操控能力強(qiáng)大、量子塌縮測(cè)量實(shí)驗(yàn)結(jié)果直觀等優(yōu)勢(shì)。

完善的金剛石量子傳感器制備技術(shù)，包括超純金剛石的生長(zhǎng)、離子注

入和微納加工工藝，掌握制備長(zhǎng)相干時(shí)間、高穩(wěn)定度金剛石量子傳

感器的核心工藝。

超高空間分辨率，可實(shí)現(xiàn)納米級(jí)尺度磁場(chǎng)、電場(chǎng)、溫度的量子精密

測(cè)量。

高保真度量子自旋態(tài)調(diào)控技術(shù)，自主研發(fā)的具備50皮秒時(shí)間精度寬

帶高功率微波調(diào)制部件，實(shí)現(xiàn)對(duì)自旋低噪聲、高效、快速的量子相干

操控。

可進(jìn)行長(zhǎng)時(shí)間無人值守實(shí)驗(yàn)，智能化儀器控制與信號(hào)采集系統(tǒng)，包括

：色心自動(dòng)實(shí)驗(yàn)、光路自動(dòng)校準(zhǔn)、磁場(chǎng)自動(dòng)調(diào)節(jié)等。

應(yīng)用領(lǐng)域

微觀磁共振

利用NV色心與外界電子自旋的相互作用，實(shí)現(xiàn)了在室溫大氣環(huán)境下，單個(gè)蛋白質(zhì)分子的電子順磁共振譜學(xué)研究。實(shí)現(xiàn)納米尺度甚至單自旋水平對(duì)微觀物質(zhì)單元的測(cè)量，可以獲取被系綜統(tǒng)計(jì)平均所掩蓋的個(gè)體信息，從而更本質(zhì)地理解物質(zhì)的結(jié)構(gòu)與性質(zhì)。

量子計(jì)算

NV色心的基態(tài)可以等效為自旋為1的電子自旋，其中的兩個(gè)自旋能級(jí)可以用來編碼量子比特。結(jié)合N（N的兩種同位素¹⁴N和¹⁵N均具有核自旋）以及近鄰的¹³C核自旋，每個(gè)NV色心可以與附近的核自旋組成數(shù)個(gè)量子比特。通過施加激光實(shí)現(xiàn)對(duì)NV色心電子自旋的初始化和讀出，施加微波和射頻脈沖實(shí)現(xiàn)量子邏輯門。目前NV色心自旋體系的單比特量子邏輯門的保真度可達(dá)99.9952 %。

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