千亿体育

2020-06-01

物理所协作发明室温下金刚石里弱耦合核自旋的量子跳变

分享到:

量子比特是组成量子计较机的根基单位。在能够完成量子计较机的浩繁候选者中,金刚石氮空位中间(nitrogen-vacancy, NV center) 正吸收着愈来愈多研讨者。组成金刚石晶体的首要成份是不核自旋的12C原子。这个纯洁的自旋情况让氮空位中间量子比特在室温下依然坚持着极长的相关时候,是多数间接任务在室温的量子比特之一。除12C原子,金刚石中另有1.1%的13C原子。它们随机散布在金刚石晶体中,带有1/2的核自旋。这些核自旋具备更长的寿命,也是量子比特的良好载体。对量子比特的单次读出(single-shot readout)是可拓展的量子计较的很是主要的手艺,金刚石里的核自旋因为其超长的退相关时候(室温下能够到秒),是良好的量子比特及量子存储器,可是凡是情况下核自旋都很难完成单次读出。

千亿体育:       

        量子力学的根基道理告知咱们,对一个特定核自旋停止丈量的成果只能是它的两个本征态之一。当持续屡次观察一个核自旋的状况时,就有能够看到它在差别本征态之间的跳变。借助强磁场等极度前提,室温下已观察到氮空位中距离壁强耦合13C核自旋的量子跳变景象。可是已有的观察方式并不合用于数量更多的弱耦合13C核自旋,它们的共振频次很是靠近,很难完成只观察此中一个而不影响别的核自旋的状况。

千亿体育:       

        中国迷信院物理研讨所/北京凝集态物理国度尝试室(筹)固态量子信息与计较尝试室Q01组研讨员潘新宇团队持久努力于氮空位中间的量子计较和量子紧密丈量尝试研讨。*近,他们和香港中文大学传授刘仁保及博士后刘刚钦和物理所实际室研讨员范桁协作,**性地提出并在尝试演出示了一种用动力学解耦脉冲来锁定和持续丈量弱耦合13C核自旋状况的方式,在室温下观察到单个弱耦合13C核自旋的量子跳变。他们演示了室温下对金刚石里弱耦合的13C核自旋单次读出手艺,这项手艺弥补了该范畴的空缺。他们胜利地单次读出了一个耦合强度为330 kHz的13C核自旋,读出时长为200 ms,保真度到达95.5%,这个任务为将来利用核自旋作为量子计较的载体供给主要的手艺撑持。

千亿体育:       

        发源于核磁共振的动力学解耦手艺,在2010年被引入氮空位中间系统,开初只是用来耽误中间电子自旋的相关时候。随后的研讨发明它能够**地定位和操控隔壁核自旋的演变。在*近的这个任务中,他们提出用动力学解耦脉冲完成强度可控的量子丈量。经由进程有挑选性的持续弱丈量,唯壹当选中的13C核自旋会被锁定在其本征态,这个状况会反应在中间电子自旋荧光强度上并被记实。基于这类高活络度和高保真度的探测手腕,处在庞杂情况中的弱耦合13C核自旋量子状况跳变被胜利观察到。核自旋的单次读出(single-shot readout)也变得不再须要强磁场和低温等极度前提。该计划大大晋升了数量浩繁且相关性子极好的弱耦合13C核自旋的利用代价,对室温下大批子比特器件的构建具备主要意思。该任务已颁发在近期的《物理批评快报》(Physical Review Letters 118, 150504 (2017))上。

千亿体育:       

        该任务取得了科技部(2014CB921402,2015CB921103)、国度天然迷信基金委(11574386)、中科院(XDB07010300)等名目的撑持。

                        图1 用动力学解耦脉冲完成的可控量子丈量,丈量的强度取决于脉冲数量,而方针自旋的定位和挑选取决于脉冲的距离。这个计划特别合用于氮空位中距离壁弱耦合的13C核自旋的读出和丈量。

                        图2 氮空位中距离壁13C核自旋的共振扫描成果。共振13C核自旋的存在会影响中间电子自旋的相关性子,二者胶葛度的巨细能够由脉冲数量节制。

                        图3 室温下单个13C核自旋量子跳变的尝试旌旗灯号及保真度阐发。此中(a)是尝试脉冲序列,(b)是典范的量子跳变旌旗灯号,(c-d) 的数据阐发显现单次读出保真度为95.5%。

                        图4 13C核自旋量子态塌缩进程的数值摹拟。成果显现该计划对尝试脉冲偏差和共振前提有很好的顺应度,持续的弱丈量会将13C核自旋锁定在其本征态上。

千亿体育:

上一篇:下一代锂电池负极材料:硅负极
千亿体育: 下一篇:雄安新区将给新动力汽车带来甚么?

千亿体育:办事热线

征询德律风: 0755-28909182 13824381687

千亿体育:官方微信