基于腔场中氮空穴色心的几何量子计算（英文）

利用纯几何操作,提出腔场中的氮空穴色心作为量子比特实现几何量子计算的方案.在暗态子空间中,选取合适的闭合演化回路,可以构造出单比特和双比特控制相位门.因此,该文提出了一种很有前景的实现容错量子计算的方案.

激光与微波功率对金刚石NV色心磁强计ESR谱线的影响研究

金刚石氮空穴色心磁强计广泛采用连续波光探测磁共振脉冲进行磁测,其灵敏度指标主要受到激光功率和微波功率影响.基于金刚石氮空穴色心系综搭建了一套共聚焦磁场检测系统,调节激光功率和微波功率测量相应的电子自旋共振谱的谱线半高宽和谱线对比度.实验表明,谱线半高宽主要受到微波功率影响,谱线对比度同时受到微波功率和激光功率影响;保持微波功率不变提高激光功率,观测到了明显的谱线半高宽变窄.系统的最优参数可分两步获得,首先调整微波功率获得较好谱线半高宽,再提高激光功率获得更好的对比度和谱线半高宽.

基于图像匹配加速算法的金刚石氮-空穴色心轴向识别

场矢量探测是量子精密测量的重要分支,在基础物理、生物医学、材料科学等领域,都有着广泛的应用。金刚石氮-空穴(Nitrogen-Vacancy Center)色心作为量子传感器,在室温下具有较长相干时间,可以实现纳米尺度的磁场探测。为了实现纳米分辨率的磁场重构,需要选取金刚石中三个不同轴向的NV色心作为磁场传感器。实验上能否快速和精确地获得NV色心的轴向信息直接决定着矢量磁场测量的精度和效率。本文利用角向偏振光束代替高斯光束激发NV色心获得其扫描荧光图像,结合卷积神经网络对NV色心的荧光图像进行识别,提出了一种基于图像匹配的NV色心拟合优化算法,在梯度下降算法上结合图像识别处理和匹配算法,优化了NV色心轴向信息的提取过程,提高了拟合的速度和准确率,进而增加了磁场矢量重构的效率。

基于金刚石量子传感的纳米磁成像及凝聚态物理应用

作为凝聚态物理的重要方向,磁性的研究不仅是发展自旋电子学器件的基础,也是突破已有材料和器件功能壁垒的关键之一。磁性材料的纳米分辨率成像对认识和理解物质微观性质至关重要。金刚石中的氮-空位(NV)色心是一种对磁信号敏感的原子缺陷,经过十余年的深入研究,其已经发展为兼具高灵敏度和高空间分辨率的磁量子传感器,能够以纳米分辨率对单层磁性材料进行成像。它作为一种广谱(DC-GHz)、高灵敏度(nT/Hz^1/2)、高空间分辨率(~10 nm,理论极限~1 nm)的磁成像技术,可以对包括二维磁性材料、电流分布、电导率分布乃至单个电子自旋,少数个核自旋进行纳米磁成像。文章从NV色心微观结构和性质出发,介绍其作为量子传感进行磁信号探测和成像的原理;进一步从技术层面介绍谱仪的构成和探针制备;最后选取有代表性的工作,简要介绍NV扫描显微镜在各方面的应用。

生物中的量子动力学

量子物理在生物学中可能起到的重要作用吸引了人们的广泛兴趣。一方面,基于量子物理的新型器件提供了一种有效的探索生物系统的新方法。比如,利用金刚石中的单量子自旋,可以高效地对原子核自旋进行极化,从而实现利用纳米金刚石来做磁共振成像显影剂。此外,金刚石中的单量子自旋还提供了在活体内进行原子核自旋检测以及蛋白质结构解析的可能途径。另一方面,在分子尺度上,量子物理在生物过程中也可能起到重要的作用,特别是电子和声子振动之间的量子动力学相互作用在生物过程中极其关键,可以解释光合作用的高效率,并且有助于理解嗅觉的机理。