Atomic-scale positioning of single spins via multiple nitrogen-vacancy centers
我们提出了一个通过金刚石中的多个氮空位中心定位单个电子自旋的方案。由于动力学解耦抑制了不必要的噪声，每个中心的自旋相干性由于位于距离中心$4{\sim20}$ nm处的单个电子自旋而产生特征振荡。我们可以从每个中心的特征电子自旋相干振荡中提取位置信息。该方案对高分辨率的纳米尺度磁测量和基于自旋的量子计算是有用的。
2016-04-26 cond-mat.mes-hall quant-ph
Real-Time Magnetometry Using Dark States of a Nitrogen Vacancy Center
我们证明了实时磁强计检测荧光从氮空位中心的相干布居陷阱的设置和估计磁场从所观察到的光子计数的时间序列，这是相关的基础领域。原理验证实验使用遵循Ornstein-Uhlenbeck（Ornstein-Uhlenbeck）过程的外部时变磁场。通过考虑光子过程的统计特性，基于贝叶斯推断的估计器可以有效地实时更新场的动态信息，仅检测单个光子。
2021-11-18 cond-mat.mes-hall quant-ph
Fast magnetic field manipulations and nonadiabatic geometric phases of nitrogen-vacancy center spin in diamond
快速的量子自旋操纵是设计基于自旋的量子逻辑门和其他量子应用所必需的。本文构造了金刚石中氮空位中心（NV）自旋在外加磁场作用下的精确演化算符，并研究了NV自旋系统的非绝热几何相位，包括循环和非循环.我们相信，在未来的实验中可以测量到非绝热几何相位，这些快速的量子操纵可以在设计基于自旋的量子应用中是有用的。
2017-04-06 cond-mat.mes-hall quant-ph
Probing the Origins of Inhomogeneous Broadening in Nitrogen-Vacancy Centers with "Doppler-Free" Type Spectroscopy
为了更好地理解金刚石中氮空位中心的基本物理过程，并实现该系统在技术应用中的改进，必须对表观不均匀加宽的起源获得新的见解。在这项工作中，我们利用一种新型的光谱专门为此任务开发。泵浦-探测光谱学与原子蒸气中使用的无多普勒光谱学密切相关。我们表明，起源的不均匀加宽来自本地磁场变化的金刚石晶格。
2018-07-24 cond-mat.mes-hall quant-ph
The electron-phonon processes of the nitrogen-vacancy center in diamond
带负电荷的氮空位中心在金刚石中的应用利用了该中心独特的光学和自旋性质，其在环境温度下主要由电子-声子相互作用控制。在这里，我们调查这些相互作用在环境温度和高温下，通过观察中心的激发态自旋共振的运动变窄。我们确定，该中心的Jahn-Teller动力学比目前认为的要慢得多，并确定对称声子模式的重要作用。我们的研究结果对中心的各种应用（包括量子技术）和理解其基本性质具有明显的影响。
2015-03-13 cond-mat.mes-hall quant-ph
Purcell-enhanced optical spin readout of Nitrogen-Vacancy centers in diamond
金刚石中的氮空位色心是一种很有前途的量子固体体系，其应用范围从量子信息处理到磁传感。NVs最有用的特性之一是能够在室温下光学读取它们的基态自旋投影。本文对Purcell增强NV光耦合进行了理论分析，通过理论分析找到了使光学自旋态读出的信噪比最大的最佳参数。我们得出结论，自发发射（通过Purcell增强）和光激发的组合增加可以显着增加读出SNR。
2015-05-05 cond-mat.mes-hall quant-ph
Optically Detected Magnetic Resonances of Nitrogen-Vacancy Ensembles in 13C Enriched Diamond
我们提出了一个实验和理论研究的光学检测磁共振信号的合奏带负电荷的氮空位（NV）中心在13 C同位素富集单晶金刚石。在零磁场条件下，我们观察到四个宽的跃迁峰，并研究了它们对外加磁场的依赖性。一个理论模型，再现这些光谱的所有定性特征。了解同位素富集金刚石中NV中心的磁共振谱对于核磁共振的新兴应用是重要的。
2016-08-31 cond-mat.mes-hall quant-ph
Spin decoherence and electron spin bath noise of a nitrogen-vacancy center in diamond
从理论上研究了金刚石中单个氮空位中心的自旋退相干。利用自旋相干态P表象方法，模拟了N电子自旋包围的NV中心的相干演化。我们发现，自旋退相干时间以及NV中心的自由感应衰减依赖于N自旋的空间配置。NV中心的自旋退相干速率（1/T2）和退相速率（1/T2*）均随N个自旋的浓度线性增加。利用P-表示方法，我们还演示了N自旋浴的噪声谱的提取，这将提供有前途的途径，设计一个最佳的脉冲序列，以抑制金刚石中的退相干。
2012-09-15 cond-mat.mes-hall quant-ph
High-frequency and high-field optically detected magnetic resonance of nitrogen-vacancy centers in diamond
我们提出了一个光学检测磁共振（ODMR）系统，使我们能够执行的ODMR测量的固体中的一个单一的缺陷，在高频率和高磁场的发展。使用高频和高场ODMR系统，我们展示了115 GHz的连续波和脉冲ODMR测量的一个单一的氮空位（NV）中心在4.2特斯拉的磁场下的金刚石晶体，以及调查的字段依赖性（$0-8$特斯拉）的纵向弛豫时间（$T_1$）的NV中心在纳米金刚石。
2015-02-11 cond-mat.mes-hall quant-ph
Quantum optics with nitrogen-vacancy centers in diamond
本文综述了金刚石中氮空位的电子能级结构和研究其低温光学性质的常用实验技术。然后，我们总结了几个最近的实验和进展，利用氮空位中心的量子光学。
2015-04-22 quant-ph
Two-photon quantum interference from separate nitrogen vacancy centers in diamond
本文报道了金刚石中两个独立的氮空位中心发射的量子干涉现象。利用光致自旋极化结合偏振滤波，我们隔离的非共振激发NV中心的零声子线内的一个单一的过渡。这种滤波后的辐射的时间分辨双光子干涉对比度达到66%。此外，我们观察到量子干涉从不同的NV中心调谐到共振通过直流斯塔克效应。这些结果为远程NV中心之间基于测量的纠缠和实现具有固态自旋的量子网络铺平了道路。
2012-02-20 cond-mat.mes-hall quant-ph
Coupling Nitrogen Vacancy Centers in Diamond to Superconducting Flux Qubits
提出了一种实现金刚石中氮空位中心与超导磁通量子比特相干耦合的方法。由此产生的耦合可以用来创建由通量量子位介导的远NV中心的自旋状态之间的相干相互作用。此外，磁耦合可以用于实现通量量子比特和NV中心的系综之间的量子信息的相干传输。这使得SC量子处理器能够长期存储，并且可能是SC量子比特与光之间的接口。
2010-10-13 cond-mat.mes-hall quant-ph
Hybrid quantum device with nitrogen-vacancy centers in diamond coupled to carbon nanotubes
我们发现，氮空位（NV）中心的金刚石与悬浮的碳纳米管进行直流电流接口可以促进自旋纳米机械混合装置。我们证明了一个单一的NV自旋和悬浮纳米管的振动模式之间的强磁力相互作用可以通过外部控制系统参数进行设计和动态调谐。这种具有强的\emph{intrinsic}和\emph{tunable}磁力耦合的自旋纳米机械设置允许构建具有NV中心和碳基纳米结构的混合量子器件，以及具有自旋量子位的声子介导的量子信息处理。
2016-07-21 cond-mat.mes-hall quant-ph
Decoherence and dynamical decoupling control of nitrogen-vacancy center electron spins in nuclear spin baths
理论研究了高纯金刚石中氮空位中心电子自旋的退相干和动力学解耦控制，其中与$^{13}$ C核自旋的超精细相互作用是主要的退相干机制.退相干被表述为电子自旋与核自旋之间的纠缠，这是由电子自旋状态的核自旋浴演化引起的。核自旋浴演化是由单自旋进动和成对触发器等基本过程驱动的。退相干中不同基元过程的重要性取决于外磁场的强度。
2011-08-11 cond-mat.mes-hall quant-ph
Orbital and Spin Dynamics of Single Neutrally-Charged Nitrogen-Vacancy Centers in Diamond
中性电荷态在基于氮空位中心的量子信息和传感应用中起着重要作用。然而，轨道和自旋动力学仍然是未知的。在这里，我们使用单中心的共振激发直接揭示精细结构，使自旋轨道状态的选择性寻址。通过泵浦-探测实验，我们得到了4.7K时的轨道弛豫时间（430 ns），并测量了11.8K以下的轨道弛豫时间随温度的变化。最后给出了自旋弛豫时间（1.5 s），实现了自旋态的投影高保真单激发读出（$\geq98\%$）。
2020-07-29 cond-mat.mes-hall quant-ph
Decoherence of Nitrogen Vacancy Centers in Diamond
我们模型的退相干和退相的氮空位（NV）中心在金刚石由于一个嘈杂的顺磁浴，有和没有一个射频场的存在下，耦合水平的基态电子态歧管，使用一个简单的量子力学模型，允许解析解。该模型处理NV三能级基态系统中存在的波动磁场，从环境中产生的，并导致退相干，退相和耗散。我们表明，所有9个本征模的三能级系统相互耦合，由于与环境的相互作用，我们讨论的拟合实验中，退相干发挥作用的后果。
2015-11-29 cond-mat.mes-hall quant-ph
Bandwidth analysis of AC magnetic field sensing based on electronic spin double resonance of nitrogen-vacancy centers in diamond
最近，我们已经证明了交流磁场传感方案，使用一个简单的连续波光学检测金刚石中的氮空位中心的磁共振[Appl.Phys.Lett. 113，082405（2018）]。该方案基于连续微波和射频（RF）场激发的电子自旋双共振。本文测量和分析了不同频率微波和射频场的双共振谱和磁场灵敏度。结果，我们观察到一个明确的反交叉的RF修饰的电子自旋态的光谱和估计的带宽约为5 MHz的中心频率为9.9 MHz。
2019-05-31 cond-mat.mes-hall quant-ph
Quantum interference of single photons from remote nitrogen-vacancy centers in diamond
我们证明了量子干涉不可区分的光子发射的两个氮空位（NV）中心在不同的钻石样品分开两米。宏观固体浸没透镜用于提高光子收集效率。通过测量二阶互相关联函数$g^{(2)}(0) = 0.35 \pm 0.04<0.5$的值来验证量子干涉。此外，通过施加外部电场，两个分离的NV中心的光学跃迁频率被调谐成彼此共振。扩展目前的方法来产生远程固态量子比特的纠缠进行了讨论。
2012-04-11 cond-mat.mes-hall quant-ph
Enhanced DC-Field Metrology Using Nitrogen Vacancy Spins via Strong Collective Coupling and Fano-Scattering
氮空位系综有望在环境条件下实现磁场传感的灵敏度和分辨率的前所未有的组合。然而，它们的全部感测潜力受到它们的集体相干性的不均匀退化的限制，而动态解耦限制感测到AC场的检测。在这里，我们建议使用最近证明的腔保护效应的室温下，基于集成的直流计量。我们确定了一个参数空间，其中强耦合可以持续在室温下，其中的修饰状态仅限于腔模式和合奏纵向弛豫的退相，显示aT Hz $^{-\frac{1}{2}}$直流场的灵敏度理论上是可以实现的进一步增强通过范诺干涉。
2015-09-30 cond-mat.mes-hall quant-ph
Polarization- and frequency-tunable microwave circuit for selective excitation of nitrogen-vacancy spins in diamond
我们报道了一种平面微波谐振器，它提供任意极化的振荡磁场，使金刚石中氮空位（NV）中心的电子自旋能够被选择性激发。偏振面平行于金刚石表面，这使得谐振腔与（111）取向金刚石完全兼容。在直径为4 mm的圆形区域内，场分布在空间上是均匀的，并且实现了接近完美的圆偏振。我们还证明，通过引入用作可变电容器的变容二极管，可以在2-3.2 GHz范围内改变2.8 GHz的原始谐振频率。
2016-09-20 cond-mat.mes-hall quant-ph
Optomechanical Quantum Control of a Nitrogen Vacancy Center in Diamond
我们展示了光机械量子控制的内部电子状态的金刚石氮空位（NV）中心的解析边带制度通过耦合NV的光场和表面声波通过声子辅助的光学跃迁，并利用强激发态的电子-声子耦合的NV中心。光机械驱动的拉比振荡以及光机械边带和直接偶极光跃迁之间的量子干涉已经实现。这些研究打开了使用解析边带光机械耦合的量子控制的类原子的内部状态和运动状态的耦合NV-纳米机械系统，导致发展的固态模拟的被困离子。
2016-03-11 cond-mat.mes-hall quant-ph
Coherent Manipulation with Resonant Excitation and Single Emitter Creation of Nitrogen Vacancy Centers in 4H Silicon Carbide
碳化硅（SiC）由于其能够承载光学可寻址的自旋量子位和晶圆尺寸的样品，已成为实现可扩展量子技术的关键参与者。在这里，我们已经证明了光学检测磁共振（ODMR）与共振激发，并清楚地确定了基态能级的NV中心在4 H-SiC。用Rabi和Ramsey振荡实现了SiC中NV中心的相干操纵。最后，我们成功地产生和表征的单氮空位（NV）中心的SiC采用离子注入。我们的研究结果是突出的关键作用的NV中心在SiC作为一个潜在的候选量子信息处理。
2022-10-02 cond-mat.mes-hall quant-ph
Hybrid opto-mechanical systems with nitrogen-vacancy centers
在这篇综述中，我们简要概述了最近的工作混合（纳米）光机械系统，同时包含机械振荡器和金刚石氮空位（NV）中心。我们回顾两种不同类型的机械振荡器。第一种是具有固定频率的钳位机械振荡器，例如悬臂。第二种是具有内建氮空位中心的光学捕获纳米金刚石。通过将机械谐振器与电子自旋耦合，我们可以使用自旋来控制机械振荡器的运动。对于第一种设置，我们讨论了两种不同的耦合机制，即磁耦合和应变诱导耦合。总结了它们在冷却机械振子、产生NV中心之间的纠缠、压缩自旋系综等方面的应用。对于第二种装置，讨论了如何利用磁耦合产生量子叠加态，并实现物质波干涉仪。我们也将回顾其作为超灵敏质谱计的应用。最后，我们讨论了新的耦合机制和应用领域。
2015-01-04 cond-mat.mes-hall quant-ph
Nitrogen vacancy centers in diamond as angle-squared sensors
氮空位（NV）中心是金刚石中的缺陷，由于其电子结构，已被广泛研究作为磁场传感器。这种场检测应用通常采用NV中心来检测与NV中心的内部限定的自旋轴的方向对准的场分量。在这项工作中，我们检测的磁场是稍微偏离NV中心轴。特别是，我们证明了NV中心可以测量磁场和NV中心轴之间的角度的平方，具有高灵敏度，其随着外部场接近由NV中心的内部参数预定义的值而发散，与预测一致。这些结果表明，NV中心可以用作灵敏的传感器，用于对纳米机械振荡器等系统进行量子非破坏（QND）测量。
2016-06-06 cond-mat.mes-hall quant-ph
Vertical distribution of nitrogen-vacancy centers in diamond formed by ion implantation and annealing
进行蚀刻实验，其揭示通过离子注入和退火在靠近表面处产生的金刚石中的光学活性氮空位（NV）中心的垂直分布。的NV分布强烈地依赖于原生氮浓度，和中性和带负电荷的NV峰的光谱测量提供证据，在较低的氮材料中的电子耗尽效应。这些结果对于潜在的量子信息和磁力计设备是重要的，其中NV中心必须被创建在非常接近于用于耦合到光学结构的表面处。
2009-02-08 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci quant-ph
Absolute magnetometry based on quantum beats in diamond nitrogen-vacancy centers
基于金刚石中氮空位中心基态的量子拍频，我们提出了一种不受温度波动和应变不均匀性影响的绝对磁强计。我们应用这种技术来测量低频磁场噪声使用一个单一的氮空位中心位于500 nm内的同位素纯（99.99%C12）金刚石的表面。在4.45 s的采集时间内，光子散粒噪声限制的灵敏度达到38 nT/Hz ^[1/2]，比仅使用两个自旋能级的实现方式高出2^1/2倍。对于长采集时间（>10 s），我们实现了高达15倍的磁灵敏度的改善，这表明了我们的技术对热漂移的鲁棒性。将我们的技术应用于氮空位中心合奏，我们消除了纵向应变不均匀性的失相，导致灵敏度提高了2.3倍。
2012-12-06 cond-mat.mes-hall physics.atom-ph quant-ph
Nitrogen-vacancy singlet manifold ionization energy
金刚石中带负电荷的氮空位中心的单重态在其光学自旋控制和读出中起着关键作用。在这项工作中，迄今未知的单重态的电离能进行了实验测量，发现是1.91-2.25 eV之间。这是通过分析结合自旋控制和NV电荷状态分化的光致发光测量，以及基于氮空位的主方程的模拟来获得的。这项工作建立了一种更准确地估计该电离能的协议，这可能会导致改进的读出方法。
2022-10-09 quant-ph
The non-Abelian geometric phase in the diamond nitrogen-vacancy center
本文介绍了一个理论框架，以了解非阿贝尔几何相位的积累在旋转的氮空位中心的金刚石。具体来说，我们考虑如何可以实现退化状态，并证明所得到的几何相位为多个路径是非阿贝尔。我们发现，非阿贝尔性质的相位是鲁棒的波动的路径和磁场。与以往的研究不同，我们发现在旋转条件下氮空位中心的阿贝尔几何相位的积累的极限时间尺度是$T_{1}$。因此，氮空位中心的非阿贝尔几何相位累积对于作为陀螺仪的应用具有潜在的优势。
2014-02-04 quant-ph
A superconducting cavity bus for single Nitrogen Vacancy defect centres in diamond
电路QED已经证明了超导共面谐振器中捕获的单个微波光子与附近的超导量子比特之间的非常强的耦合。在这项工作中，我们将展示如何通过设计一种新型的互连，可以通过磁相互作用将超导谐振器与少量（也许是单个）电子自旋强连接起来。通过将电子自旋选择在金刚石中的氮空位中心内，可以使用微波和射频照射来执行该电子自旋的光学读出、极化和控制。更重要的是，通过利用氮空位中心与附近的13 C核，使用这种互连，人们有可能建立一个量子设备，其中核自旋量子位通过氮空位电子自旋通过超导总线相互作用连接在厘米距离上。
2009-12-18 quant-ph
Evaluation of nitrogen- and silicon-vacancy defect centres as single photon sources in quantum key distribution
本文提出了一种基于金刚石缺陷中心的室温单光子源量子密钥分发（QKD）实验平台。在短自由空间传输线上实现了BB84协议。氮空位（NV）以及硅空位缺陷（SiV）中心的性能进行了评估，并讨论了下一代源的外推与提高效率。
2013-10-04 quant-ph
Coupling of Nitrogen-Vacancy Centers to Photonic Crystal Cavities in Monocrystalline Diamond
通过耦合到使用标准半导体制造技术在单晶金刚石中制造的光子晶体谐振器，氮-空位中心的零声子跃迁速率被增强约70倍。对光谱过滤的零声子线的光子相关测量显示出反聚束，即收集到的光致发光主要由单个氮空位中心发射的特征。利用高分辨光致发光和光致发光激发光谱表征了氮-空位耦合中心的线宽和光谱扩散。
2012-02-03 physics.optics quant-ph
Deterministically entangling distant nitrogen-vacancy centers by a nanomechanical cantilever
我们提出了一个实用的方案，通过全局寻址确定性纠缠带负电荷的氮空位（N-V）中心在遥远的钻石使用纳米机械悬臂与磁性尖端强烈耦合到N-V电子自旋。以对称Dicke态为例，讨论了该方案在实验上的可行性和挑战性。
2009-08-27 quant-ph
Coupling of nitrogen-vacancy centers in diamond to a GaP waveguide
研究了GaP波导中的导模与金刚石中的氮空位（NV）中心的光耦合。测量了电场对金刚石的穿透和导模的损耗。结果表明，该体系可用于在金刚石中实现量子信息处理的耦合微腔-NV器件。
2008-11-03 quant-ph
Nitrogen-Vacancy Ensemble Magnetometry Based on Pump Absorption
我们证明了磁场传感使用的氮空位中心的合奏记录的变化，由于总的基态人口的自旋极化的泵浦光吸收。使用532 nm泵浦激光，我们测量了放置在谐振光学腔中的化学气相沉积金刚石中的天然氮空位中心的吸收。当激光泵浦功率为0.4 W，腔体精细度为45时，获得了$\sim$ 100 nT/ $\sqrt{\textrm{Hz}}$的噪声基底，带宽可达125 Hz。通过优化氮空位浓度和探测方法，我们设计了一种光子散粒噪声限制的灵敏度$\sim$ 1 pT/ $\sqrt{\textrm{Hz}}$。
2017-12-14 quant-ph
Local excitation of surface plasmon polaritons using nitrogen-vacancy centers
使用具有多个氮空位（NV）中心（~400）的（~100）nm尺寸的纳米金刚石（ND）在银表面局部激发表面等离子体激元（SPP）。来自外部照射（在532 nm处）ND和来自附近ND（其未被照射但产生由照射ND激发的SPP的面外散射）的荧光表现出明显不同的波长光谱，显示出由于SPP传播损耗而引起的短波长滤波。结果表明，具有多个NV中心的ND可以用作平面集成等离子体的有效亚波长SPP源，用于各种应用。
2016-09-15 cond-mat.mes-hall physics.optics quant-ph
Engineering nuclear spin dynamics with optically pumped nitrogen-vacancy center
我们提出了一个利用光泵金刚石氮空位中心作为可调的非平衡浴来控制各种核自旋动力学（如退相、弛豫、压缩、极化等）的一般理论。和核自旋噪声它为耗散和集体核自旋演化的工程化开辟了一条新的途径，解决了$^{13}$ C核自旋噪声抑制实验[E.托根\textit{et al} .，Nature 478，497（2011）]。
2015-03-01 quant-ph
High-resolution spectroscopy of a single nitrogen-vacancy defect at zero magnetic field
本文报道了在零磁场及零磁场附近金刚石晶体中氮空位中心的高分辨微波光谱研究。我们观察到的特征分裂和过渡的超精细跃迁，这源于在横向有效场的存在下，从水平反交叉的不平衡。我们使用脉冲电子自旋共振谱测量零场光谱特征的单氮空位中心清楚地解决这样的水平反交叉。为了定量分析有效场作用下超精细自旋跃迁的磁共振行为，提出了一个描述任意极化微波磁场作用下超精细自旋跃迁强度的理论模型.我们的结果对于优化零磁场或弱磁场中自旋1体系的极化选择微波激发实验条件具有重要意义。
2022-06-30 cond-mat.mes-hall physics.atom-ph quant-ph
Longitudinal spin-relaxation in nitrogen-vacancy centers in electron irradiated diamond
本文系统地测量了合成金刚石中氮空位色心（NV $^-$）基态自旋极化的纵向弛豫率（$1/T_1$）随NV $^-$浓度和磁场$B$的变化。NV $^-$中心通过用来自透射电子显微镜的200 keV电子沿[100]轴以不同剂量照射1b型单晶金刚石来产生，以获得不同NV $^-$中心浓度的斑点。测量每个点的（$1/T_1$）值作为$B$的函数。
2015-11-19 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci quant-ph
Interaction of a heralded single photon with nitrogen-vacancy centers in a diamond
一个简单的，室温下，腔和真空的光子-物质相互作用的接口实现。实验中，一个自发参量下转换过程产生的单光子被氮空位色心系综吸收。与声子边带相关联的宽吸收谱解决了典型原子介质中的窄吸收带宽与量子光的宽带光谱的失配问题。所预示的单光子源在452-575 nm的光谱范围内是可调谐的，这与氮空位中心的吸收光谱很好地重叠。
2021-01-12 quant-ph
Nuclear-spin-dependent coherent population trapping of single nitrogen vacancy centers in diamond
相干布居俘获（CPT）为探测原子系统的能级结构提供了一种高灵敏度的手段。对于金刚石中的氮空位中心，CPT为测量电子基态的超精细结构提供了标准光学检测磁共振方法的替代方案。我们表明，核自旋相关的CPT直接测量由于14 N核自旋的这些状态的超精细分裂。CPT光谱响应中得到的强微波场的存在下，共振或近共振的基态自旋跃迁，映射出动态斯塔克分裂诱导的相干自旋激发。
2013-03-02 cond-mat.mes-hall physics.atom-ph quant-ph
Pump-Enhanced Continuous-Wave Magnetometry using Nitrogen-Vacancy Ensembles
金刚石中氮空位中心的集合体是用于高灵敏度磁力测量的非常有前途的平台，其功效通常基于有效地产生和监测磁场依赖的红外荧光。在这里，我们报告了一个增加的传感效率与使用的532 nm的共焦谐振腔和微波谐振器天线测量局部磁噪声密度使用固有的氮空位浓度的化学气相沉积单晶金刚石。我们测量的近拍摄噪声限制的磁噪声地板200 pT/ $\sqrt{\text{Hz}}$跨越带宽高达159 Hz，和提取的灵敏度约为3 nT/ $\sqrt{\text{Hz}}$，进一步增强有限的噪声地板的锁定放大器和激光损伤阈值的光学元件。微波和光泵浦速率参数空间的探索证明了通过使用光学腔达到的线宽变窄区域，允许实现增强的灵敏度，尽管未优化的收集效率<2%，并且氮空位浓度约为0.2 ppb。
2017-09-06 cond-mat.mes-hall physics.ins-det quant-ph
Proximal nitrogen reduces the fluorescence quantum yield of nitrogen-vacancy centres in diamond
金刚石中的氮空位色心是最重要的固态量子体系之一。其应用领域包括高精度传感、量子计算、单光子通信、计量学、纳米级磁成像和生物传感。对于所有这些应用，所发射的光子的高量子产率是期望的。然而，被设计成具有高密度氮空位中心的金刚石样品显示出在单个批次内或甚至在同一样品内显著变化的亮度水平。在这里，我们表明，附近的氮杂质淬火氮空位中心通过非辐射跃迁发射，导致荧光量子产率降低。我们监测的氮空位中心合奏从合成金刚石样品与不同浓度的氮杂质的发射特性。虽然在1.81 ppm的低氮密度下，我们测得的寿命为13.9 ns，但我们观察到随着氮密度的增加，寿命大幅减少。我们测量的寿命低至4.4纳秒在氮密度为380 ppm。寿命的变化分别与相对荧光量子产率从77.4%降低至32%以及氮密度从88 ppm增加至380 ppm相匹配。这些结果将告知优化基于氮空位中心荧光的金刚石晶体器件的性能所需的条件。此外，这项工作提供了深入了解钻石和纳米钻石内的高密度氮空位合奏中观察到的不均匀性的起源。
2021-12-14 cond-mat.mtrl-sci quant-ph
Quantum measurement of hyperfine interaction in nitrogen-vacancy center
我们提出了一个有效的量子测量方案，用于金刚石氮空位中心的电子自旋和$^{15}$ N核自旋之间的超精细相互作用。在该协议中，连续增加的持续时间的量子操作的序列被用来估计超精细相互作用与连续更高的精度接近量子精密测量的限制。该方案不需要制备核自旋态。在存在实际操作误差和电子自旋退相干的情况下，我们的协议的总体精度仍然超过了标准量子极限。
2012-05-23 quant-ph
Quantum Zeno effect in a nitrogen-vacancy center embedded in a spin bath
研究了金刚石中被$^{13}$ C核自旋浴包围的氮空位中心的纵向弛豫。利用团簇关联展开（CCE）方法，数值模拟了低温下交叉弛豫引起的电子态衰减过程。结果表明，该方法不仅能够描述大失谐区的纯退相效应，而且还能模拟近共振区的量子动力学行为。我们提出了一个通过实现量子芝诺效应（QZE）来减缓NV中心衰变的方案。计算结果表明，QZE能有效地抑制NV心的衰变。
2016-08-07 cond-mat.mes-hall physics.optics quant-ph
Electrical Tuning of Single Nitrogen-Vacancy Center Optical Transitions Enhanced by Photoinduced Fields
我们证明了精确控制的零声子光学跃迁能量的单个氮空位（NV）中心的金刚石通过施加多轴电场，通过直流斯塔克效应。斯塔克位移显示令人惊讶的不对称性，我们归因于增强和整流的本地电场的光电离的电荷陷阱中的金刚石。利用这种效应，我们将应变NV中心的激发态轨道调谐到简并，并将所得简并光学跃迁频率改变>10 GHz，这与不均匀频率分布相当。这种技术将促进光子网络内NV中心自旋的集成。
2012-01-10 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci quant-ph
Producing GHZ state of nitrogen-vacancy centers in cavity QED
我们提出了一个方案，利用氮空位中心与回音壁模腔耦合产生GHZ态。在强经典场的辅助下，实现的演化与腔场状态无关，因此对腔的热状态不敏感。同时，它是快速相比，对流色散相互作用诱导的操作中的腔辅助系统。该方案易于扩展到多量子比特场景。
2013-06-04 quant-ph
Quantum information transfer with nitrogen-vacancy centers coupled to a whispering-gallery microresonator
提出了一种利用高Q值回音壁模（WGM）微谐振腔实现氮空位（NV）中心量子信息传输和纠缠的有效方案。我们发现，基于WGM介导的NV中心之间的有效偶极-偶极相互作用，量子信息可以通过Raman跃迁与激光场的结合在NV中心之间传递.该协议为利用固态腔QED系统进行量子通信提供了可能。
2011-04-16 quant-ph
Nitrogen isotope effects on boron vacancy quantum sensors in hexagonal boron nitride
本文研究$^{15}$N同位素富集hBN中硼空位缺陷的磁共振特性，测得$^{15}$N自旋超精细相互作用参数为64 MHz，为量子传感用hBN提供了设计准则。
2023-09-22 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci quant-ph
High fidelity gate operations within the coupled nuclear and electron spins of a nitrogen vacancy center in diamond
在这篇文章中，我们研究了一个带负电荷的氮空位中心（NV-）耦合到一个15-氮原子的核的自旋的动力学，并表明高保真度门操作是可能的，而不需要复杂的复合脉冲序列。这些操作包括电子和核的自旋旋转，以及它们之间的纠缠门。这些都是实验上可实现的门，具有足够高的分辨率，它们可以用来构建量子信息处理任务的图形状态的当前技术。
2013-09-12 quant-ph
Dark State Polarizing a Nuclear Spin in the Vicinity of a Nitrogen-Vacancy Center
氮空位中心附近的核自旋具有较长的相干时间，并且由于与氮空位中心的强超精细相互作用而便于调控。为后续的量子信息存储和处理提供了合适的初始化方案。然而，目前的实验方案要么对磁场的倾斜度和大小敏感，要么需要数千次重复才能成功实现。在这里，我们建议极化13 C核自旋附近的NV中心通过暗态。我们从理论上证明了该方法对不同超精细耦合和噪声强度的核自旋具有鲁棒性。
2017-08-28 cond-mat.mes-hall physics.atom-ph quant-ph
Nanoscale Sensing Using Point Defects in Single-Crystal Diamond: Recent Progress on Nitrogen Vacancy Center-Based Sensors
固体中的单个发光点缺陷，即所谓的色心，是原子大小的量子系统，能够以纳米级的空间分辨率进行传感和成像。在这篇综述中，我们介绍了纳米级传感的基础上个别氮空位（NV）中心的钻石。我们讨论了该领域的两个主要挑战：第一，在单晶金刚石表面以下小于10 nm的高度相干的浅NV中心的创建。第二，尖端状光子纳米结构的制造，使有效的荧光收集，并可用于扫描探针成像的基础上的色心与纳米级的分辨率。
2017-05-10 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci quant-ph
Scalable quantum information transfer between nitrogen-vacancy-center ensembles
提出了一种实现量子信息传输的体系结构。在这种架构中，LC电路用于诱导通量量子位之间的必要相互作用，每个量子位磁耦合到氮空位中心系综（NVCE）。我们明确表明，共振相互作用和大失谐的情况下，高保真QIT之间的两个空间分离的NVCE可以实现。我们的方案可以扩展到通过调整系统参数实现大规模混合系统中任意两个选择的NVCE之间的QIT，这在大规模量子信息处理中是非常重要的。
2015-03-11 quant-ph
Universal quantum gates between nitrogen-vacancy centers in a levitated nanodiamond
我们提出了一个方案，实现通用量子门之间的氮空位（NV）中心的光陷纳米金刚石，通过均匀的磁场诱导耦合之间的NV中心和悬浮的纳米金刚石的扭转模式。门是容忍的扭转模式的热噪声。将该方案与动态解耦技术相结合，发现在目前的实验条件下，高保真度量子门是可能的。该方案对基于NV中心的量子网络和分布式量子计算具有重要意义
2018-09-30 quant-ph
Homogeneous Microwave Delivery for Quantum Sensing with Nitrogen-Vacancy Centers at High Pressures
Sandia National Laboratories（桑迪亚国家实验室）；Center for Integrated Nanotechnologies, Sandia National Laboratories（桑迪亚国家实验室集成纳米技术研究中心）
本研究提出了一种新型槽状设计，通过优化微波传输提升高压环境下氮空位中心的量子传感性能。
2026-01-16 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci quant-ph
