《金剛石NV色心量子糾纏的實驗研究》是依託中國科學技術大學，由孫方穩擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：金剛石NV色心量子糾纏的實驗研究
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：孫方穩
- 依託單位：中國科學技術大學
中文摘要,結題摘要,
中文摘要
量子信息科學研究的核心是量子態的產生，控制及探測。經過十多年的研究和發展，基於固態單量子體系與光學耦合系統是構建量子信息技術的一種主要候選手段和基本單元，尤其是金剛石材料中的氮-真空缺陷（NV）色心因為其優越的光學和電子態性質越來越受關注。本項目將系統地研究耦合金剛石NV 色心繫統在量子信息技術方面的套用。項目將解決和完善金剛石NV色心的人工製備。通過微納光學技術提高NV色心螢光發射強度和收集效率，並實現NV色心量子態的高效探測。研究耦合NV色心量子態的控制，利用外加磁場調節NV色心間的耦合強度，利用量子統計測量技術實現耦合NV色心糾纏的讀出和操控。項目的研究目標是實現耦合NV色心糾纏態並實現兩比特量子門操作以及其他量子信息處理。通過本項目，進一步實現基於金剛石NV色心體系的量子信息處理基本元件，掌握其在量子信息操作中的核心技術，並將在未來量子網路和集成化量子晶片中得到套用。
結題摘要
金剛石氮-空位(NV)色心因為其在室溫下的長相干時間、高光學穩定性等特性已經成為實現量子信息技術一種重要的物理體系。本項目開展了金剛石樣品和NV色心的人工製備，微納光學結構與NV色心的耦合，NV色心電子自旋態操控以及在量子計算、量子精密測量的中的套用。項目實現了單晶金剛石樣品製備，以及相干時間長達7微秒的單個NV色心和耦合強度達4.9KHz鄰近NV色心的人工製備和測量。實現了利用納米錐結構和金屬表面電漿將NV色心單光子計數分別提高了6倍和2.6倍。實現了超低功率電荷態耗盡納米成像術，解析度達4.1納米。基於該納米成像術，實現兩個近鄰NV 色心量子態的識別和獨立控制，實現了高空間解析度磁場矢量的測量。基於電子自旋-核自旋糾纏體系實現了高保真度的量子Deutsch–Jozsa算法，保真度達97%。此外，理論上提出了基於連續模式中束縛態理論的新型光學波導和微腔結構提高光子與NV電子自旋的相互作用強度。理論提出金剛石NV色心電子糾纏態製備，並提出了套用於多比特量子精密測量的抗噪聲方案，使得在真實消相干環境下的量子精密測量的精度恢復到N^(-11/12)。該項目的完成為利用金剛石NV色心體系實現實用化的量子信息操作打下了堅實基礎和積累了關鍵實驗技術。
