金刚石色心与量子信息通信

金刚石具有许多不同的缺陷,但有两类金刚石缺陷量子位已成为通信应用的主要候选对象:氮空位中心(NV)和硅空位中心(SiV)。NV和SiV都是通过从金刚石晶格中去除两个相邻的碳原子,并分别用单个氮原子或硅原子代替它们而形成的。量子中继器的工作原理是将编码在光子上的信息传输到固定的存储量子位上,信息可以在其中存储和校正。缺陷量子位,例如色心,是此操作的良好候选者,因为它们自然具有与光(其颜色的来源)的有效界面,并且因为子集可以访问长寿的“自旋”记忆。这种自旋可以被认为是包含在材料中每个电子、质子和中子中的微小磁铁。可以通过将量子位放置在磁场中来访问该自旋存储器,这样自旋沿着磁场的方向定向。然后通过自旋是指向磁场还是相反来定义存储器,这分别对应于1位或0位。当光从色心反射回来时,它可以翻转这个自旋量子位,在所谓的自旋光子界面中,使光和自旋记忆之间的信息传输成为可能。具有这种特性的色心——例如NV和SiV——是量子中继器的有用候选者。