我在金刚石NV色心量子调控领域获多项突破

2020-07-30 19:36:50 来源: 科技日报 作者: 吴长锋

科技日报记者 吴长锋

记者从合肥工业大学获悉,该校电子科学与应用物理学院量子信息实验室,在金刚石NV色心量子调控技术上取得多项进展,分别利用纳秒激光脉冲实现了自旋量子系统的高效初态制备,以及利用固态自旋模拟器模拟量子多体系统的动力学相变。这两项研究成果日前分别发表于高水平物理学杂志《光子学研究》和《应用物理快报》上。

NV色心是金刚石中的一种发光点缺陷。一个氮原子取代金刚石中的碳原子,并且在临近位有一个空穴,这样的点缺陷被称为NV色心。由于NV的荧光非常稳定是一种良好的单光子源,被用于量子密钥分配、生物荧光标记等。金刚石NV色心是目前量子信息领域研究的热点方向。金刚石NV色心中的电子自旋常常被作为量子比特或纳米探针,在实验中通常需要利用激光对电子自旋进行初始化,该极化过程较为复杂。科研人员通过数值模拟结合实验深入研究了激光脉冲宽度对极化效果的影响。在研究中发现当激光脉冲变短时,由于亚稳态布居减少导致最终极化率会有所提升。基于这一发现,研究团队发展了一种利用4-5纳秒极短激光脉冲进行电子自旋初始化的新方法,该方法在实验中可以将电子自旋的初始化保真度提高约10%,这相当于在相同信噪比的情况下,实验效率可以提高约20%。

在另一项研究中,研究团队还利用金刚石NV色心中的电子自旋来实现了自旋链的动力学量子相变过程的模拟。通过能带模型把自旋链从实空间转化到准动量空间,测量了系统处在顺磁相和铁磁相时的速率函数,得到了只有处在顺磁相时才能观测到动力学相变过程。同时,研究人员在实验上通过测量超越量子关联的量子信息扩散项来探测横向场伊辛模型非平衡相变,并量化研究了其中量子关联和量子相干的形成。这个研究成果可以被进一步的应用在另外一些多体物理系现象的研究,如多体局域化问题等。

责任编辑: 陈可轩