《金剛石中固態自旋比特讀取保真度的提高》是依託中國科學技術大學，由陳向東擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：金剛石中固態自旋比特讀取保真度的提高
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：陳向東
- 依託單位：中國科學技術大學
中文摘要,結題摘要,
中文摘要
氮-空位（NV）色心是金剛石材料中的一種發光缺陷，在量子計算和量子測量中得到廣泛套用。NV色心的電子自旋的光學初始化和探測是其得到套用的重要基礎，然而研究人員對其初始化和讀取過程缺少系統性的研究，對其中的物理過程還沒有完全認識。近年來的實驗發現，NV色心在雷射泵浦下會出現電荷態轉換，這個過程會降低NV色心自旋初始化保真度，並影響NV色心自旋讀取過程。在本項目中，我們計畫系統性研究NV色心自旋光學讀取過程，提高其自旋讀取保真度。一方面通過對電荷態轉換的研究，探索電荷態轉換可能導致的自旋退極化和螢光反常飽和現象，在此基礎上調控電荷態轉換，減小電荷態轉換對NV色心自旋初始化和讀取過程的影響。另外，我們將研究NV色心中具有自旋選擇性的系際躍遷，控制系際躍遷速率，提高NV色心自旋讀取保真度。在此基礎上，我們將演示NV色心高保真度的量子操控和高靈敏度的量子測量。
結題摘要
因其穩定的光學性質、長自旋相干時間、易製備和小尺寸等優點，金剛石中的氮-空位（NV）色心在量子感測、量子計算、生物標記等方面的研究中有廣泛套用。而其自旋讀取的保真度影響著NV色心在各領域的套用。在室溫下，非共振激發的光學方法是讀取NV色心自旋的最常用的一種方法。通過自旋選擇的系際躍遷，帶負電的NV色心電子自旋能夠被初極化，從而導致螢光強度的變化，這是NV色心自旋讀取的機制。另外近幾年的研究表明，NV色心的自旋初始化和讀取過程伴隨著電荷態轉換，這可能影響自旋讀取的保真度。 本項目從室溫下NV色心的非共振激發，研究其自旋讀取中的物理機制，從而找到提高光學讀取自旋保真度的方法或實驗條件。本項目主要從兩個方面對NV色心的自旋讀取進行了研究： 一，電荷態轉換對NV色心自旋讀取過程的影響。 利用405納米光泵浦單光子的電荷態轉換過程，我們觀察到NV色心自旋的拉比振盪振幅的降低，證實電荷態轉換過程會導致自旋的退極化。進一步我們研究了532納米雷射泵浦下的雙光子電荷態轉換。發現電荷態轉換與系際躍遷的競爭關係，自旋退極化和自旋極化同時存在於非共振激發的情況中。實驗結果表面高功率的雷射泵浦會讓自旋極化機率下降14%，會讓螢光強度有42%的下降。基於此結果，我們使用低功率的雷射極化和探測NV色心自旋，提高自旋讀取的保真度。我們還對紅外光泵浦的電荷態轉換進行了研究。發現780納米雷射可以將電荷態初始化的保真度從0.75提高至0.84，從而提高自旋操控和讀取的保真度。 二，我們研究了門控方法對自旋讀取對比度的提升。通過在時間域上的濾波，我們將自旋讀取的對比度提升約兩倍，從而提高量子成像的質量。通過本項目的研究，我們對NV色心自旋探測的機制有了更深刻的認識。項目取得的成果可用於提高NV色心自旋讀取的信噪比，從而使NV色心更廣泛的得到套用。
