`Maser-in-a-Shoebox': a portable plug-and-play maser device at room-temperature and zero magnetic-field
该研究研制出一款鞋盒大小、重不足5kg的室温零磁场便携式即插即用微波激射器,采用并五苯掺杂对三联苯作增益介质,实现-5dBm峰值功率激射及1.5MHz范围内的可调谐激射,推动相关领域应用发展。
2023-10-13 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph physics.ins-det
A Room-Temperature Solid-State Maser Amplifier
研究利用金刚石氮-空位中心自旋系综、强磁铁和激光二极管,首次实现室温连续波固态微波激射放大器,并展示无需物理冷却即可冷却电路噪声的新模式。
2024-06-06 physics.ins-det quant-ph
On-chip Radio Frequency Maser
Beijing Institute of Technology(北京理工大学)
研究利用并五苯光泵浦三重态实现室温片上射频脉泽,能在106.62MHz产生受激辐射用于超灵敏微波磁场检测,通过控制微波耗散调节输出,为便携式量子设备提供新路径。
2026-07-24 quant-ph
Room-temperature inversionless diamond nitrogen-vacancy electronic spin maser
School of Mathematical and Physical Sciences, Macquarie University(麦考瑞大学数学与物理科学学院)
该研究提出利用金刚石中带负电的氮空位电子自旋系综创建室温微波激射器的方法。通过施加垂直直流磁场产生叠加态驱动跃迁,建模并经数值估计可实现无反转微波激射,其输出强度可用于磁场传感,为室温NV微波激射器应用开辟新方向。
2026-07-09 quant-ph
Move aside pentacene: Diazapentacene doped para-terphenyl as a zero-field room-temperature maser with strong coupling for cavity quantum electrodynamics
微波激射器是激光器的微波模拟物,有望提供微波信号的超低噪声放大,用于医学MRI成像和深空通信。由于发现了可在室温下操作的增益介质,避免了阻碍其使用的笨重低温,现代对脉泽的研究重新点燃。然而,除了掺杂对三联苯的并五苯和金刚石中带负电荷的氮空位缺陷这两种已知材料之外,在寻找全新的室温增益介质方面几乎没有进展。在这里,我们发现6,13-diazapentacene掺杂对三联苯作为微波激射增益介质,可以在室温下工作,没有外部磁场。测得的脉泽脉冲功率为-10 dBm,表明它在绝对功率上与并五苯掺杂的对三联苯相当,同时与其并五苯前身相比具有令人信服的优势,因为它具有更快的放大启动时间,可以用620 nm的更长波长的光激发,并且由于添加了氮基团而具有更大的化学稳定性。此外,我们表明,脉泽爆发允许6,13-二氮杂并五苯掺杂的对三联苯达到腔量子电动力学的强耦合制度,在那里它具有182的高协同性。我们研究了6,13-二氮杂并五苯掺杂的对三联苯的光学和微波自旋动力学,以评估其作为脉泽增益介质的行为,其中它具有快速的系间穿越和有利的更高的三重态量子产率。我们的研究结果铺平了道路,为未来发现其他类似的脉泽材料,并帮助点,这样的材料作为有前途的候选人在室温下的腔量子电动力学效应的研究。
2022-11-11 cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph physics.optics
Scaleable LED-pumped Room-temperature Maser using a Multi-blade Optical Injector
Imperial College London(帝国理工学院)
本研究提出了一种多叶片光学注入器用于室温maser,通过优化泵浦效率和可扩展性,提升了maser的性能和应用潜力。
2026-01-09 physics.optics quant-ph
Portable diamond maser with reduced magnetic field through orientation
针对NV-金刚石室温连续波微波激射器依赖笨重磁体的问题,本文通过精确操控自旋取向降低所需磁场,并采用小型轻量电磁铁,将系统重量从2000千克降至30千克,输出功率提升至早期十倍。
2024-04-07 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph physics.ins-det
Nonlinear collective dynamics and microwave comb generation in a diamond maser
Saarland University(萨尔兰大学);University College London(伦敦大学学院)
该研究在室温氮空位金刚石微波激射器中发现随泵浦功率升高的三个动力学阈值,实现了微波梳产生,确立其作为非线性非平衡光-物质动力学研究的室温平台。
2026-08-20 physics.optics quant-ph
Detecting Axion Dark Matter with an Organic Molecular Maser
Beijing Institute of Technology(北京理工大学)
利用有机分子微波放大器探测轴子暗物质,实现高灵敏度的轴子-电子耦合常数测量
2025-12-22 hep-ph quant-ph
Host-guest Crystal Engineering Tailors the Room Temperature Spin Dynamics in Molecular Quantum Devices
Imperial College London(帝国理工学院);University of Glasgow(格拉斯哥大学)
研究利用主客体晶体工程,通过调节晶格刚性和振动耦合,调控分子量子器件的自旋动力学,降低脉泽操作要求,找到全氘代对三联苯中的全氘代并五苯是构建连续波脉泽的最可行候选者,证明该工程对调节室温分子量子技术性能的重要性。
2026-07-21 physics.chem-ph quant-ph
Maser Threshold Characterization by Resonator Q-Factor Tuning
本文设计搭建优化实验装置,通过调谐微波谐振器品质因数并结合自旋能级反转程度,表征金刚石 NV⁻ 色心室温连续波微波激射器的阈值与工作参数空间。
2023-12-07 cond-mat.mtrl-sci physics.optics quant-ph
Room-temperature coherent control of implanted defect spins in silicon carbide
最近,碳化硅(SiC)中与空位相关的自旋缺陷已被证明可能适用于多功能量子接口构建和可扩展的量子网络构建。已经进行了大量的努力来识别SiC中的自旋系统,并使用大规模生长和先进的纳米纤维方法来扩展它们的量子能力。在这里,我们证明了一种类型的自旋缺陷的4H多型体的SiC通过氢离子注入与高温后退火,这是不同于任何已知的缺陷。这些自旋缺陷甚至在室温下也可以被光学寻址和相干控制,并且它们的荧光光谱和光学检测的磁共振光谱不同于任何先前发现的缺陷。此外,通过优化注入后的退火温度,可以很好地控制这些缺陷的产生。这些缺陷表现出高的热稳定性与相干控制的电子自旋,促进其应用在量子传感和脉泽在恶劣条件下。
2020-04-14 physics.app-ph quant-ph
Quantum sensing with duplex qubits of silicon vacancy centers in SiC at room temperature
针对SiC硅空位中心单量子比特光学读出背景问题,提出双工量子比特传感方案,利用双频微波脉冲同时操作两组态,使信号对比度翻倍并提升交流磁测量灵敏度。
2025-04-05 physics.app-ph quant-ph
Room-temperature quantum-sensing molecular crystals grown in minutes
University of California, Berkeley(加州大学伯克利分校);Lawrence Berkeley National Laboratory(劳伦斯伯克利国家实验室)
本研究利用微间距空气升华法,在数分钟内快速生长出室温下具有光探测磁共振和相干自旋控制的分子晶体,为量子传感提供了低成本、可调谐的材料平台。
2026-09-28 quant-ph
Room-temperature quantum sensing with photoexcited triplet electrons in organic crystals
本研究利用并五苯掺杂对三联苯晶体中的光激发三重态电子,在室温下实现高对比度ODMR(16.8%)和长相干时间(T2=2.7微秒,T2^DD=18.4微秒),展示了有机晶体作为低成本、无杂质量子传感器的潜力。
2024-12-23 cond-mat.mes-hall physics.chem-ph quant-ph
Sensing Atomic Motion from the Zero Point to Room Temperature with Ultrafast Atom Interferometry
我们使用一系列依赖于状态的超快动量踢来感测被囚禁的原子离子的运动。我们使用这种原子干涉仪来表征一个接近纯的量子态与$n=1$声子和精确测量的热状态范围从附近的零点能量到$\bar{n}\sim 10^4$,与扩展至少100倍的能量的可能性。这种方法的完整能量范围从基态到远离Lamb-Dicke区域,其中原子运动大于光波长。除了测温,这些干涉技术是有用的,用于表征多个被困离子之间的超快纠缠门。
2016-03-22 physics.atom-ph quant-ph
Chemically Tuning Room Temperature Pulsed Optically Detected Magnetic Resonance
本研究利用化学可调性,在6,13-二氮杂并五苯分子中实现40%的室温ODMR对比度,阐明其源于加速的各向异性系间窜越,并将该技术拓展至自组装纳米晶,为室温量子传感提供新方向。
2025-03-31 physics.chem-ph quant-ph
Room-temperature alignment-free magnetometry with boron vacancies in hot-pressed hexagonal boron nitride
本研究利用热压多晶 hBN 中 VB- 的随机晶粒取向,在室温下实现免对准 ODMR 磁场检测,并通过数值建模验证其量子磁测量可行性。
2025-08-31 physics.app-ph physics.atom-ph quant-ph
Room-temperature hybrid 2D-3D quantum spin system for enhanced magnetic sensing and many-body dynamics
本研究提出了一种室温下的混合2D-3D量子自旋系统,用于提升磁感应性能和多体动力学研究。
2025-12-08 quant-ph
High-angular-momentum Rydberg states in a room-temperature vapor cell for DC electric-field sensing
该研究在室温铷蒸气池中通过三光子EIT与RF缀饰制备高角动量里德伯态,并实现低至50 V/m量级的直流电场传感。
2023-10-16 physics.atm-clus physics.atom-ph quant-ph
Optical Detection of Coherent Nuclear Spin Control in a Molecular System at Room Temperature
University of Glasgow(格拉斯哥大学);Imperial College London(伦敦帝国理工学院)
该研究在室温下首次实现分子体系中核磁共振与相干核自旋调控的光学检测,利用有机发色团6,13-二氮并五苯的¹⁴N核自旋,为分子基量子传感提供了核自旋存储器的应用基础。
2026-10-14 physics.chem-ph quant-ph
Silicon Nitride MOMS Oscillator for Room Temperature Quantum Optomechanics
高精细度Fabry-Perot腔中的光机SiN纳米振荡器可用于研究机械和光学自由度之间的相互作用,用于超灵敏计量和基础量子力学研究。在这项工作中,我们提出了一个纳米振荡器的高应力圆形SiN膜与集成的片上3D地震滤波器适当设计,以减少机械损耗。该振荡器工作在200 kHz - 5 MHz范围内,具有$Q\simeq10^7$的机械品质因数和室温下超过$6.2 \times 10^{12}$ Hz的Q频率积,满足光机械腔中振荡器量子基态冷却的最低要求。该器件通过MEMS DRIE体微机械加工在绝缘体上硅(SOI)晶片上进行双面硅处理而获得。微制造工艺是相当灵活的,并且如果传感应用需要,则可以在DRIE步骤之前在SiN膜上沉积附加层。因此,在量子技术的新兴领域的背景下,这种振荡器是量子传感应用的有希望的候选者。
2018-06-29 physics.app-ph physics.optics quant-ph
Tip-enhanced quantum-sensing spectroscopy for bright and reconfigurable solid-state single-photon emitters
通过尖端增强量子传感光谱法,实现对六方氮化硼中单光子发射体的高灵敏度和可重新配置的量子传感。
2025-11-26 quant-ph
Stark-modulated Rydberg dissipative time crystals at room-temperature applied to sub-kHz electric-field sensing
本文提出利用直流和交流Stark场移动或调制室温Rydberg耗散时间晶体的振荡频率,实现亚kHz弱电场的高灵敏传感,在300Hz处灵敏度达7.8 uVcm-1Hz-1/2,分辨率低至亚Hz。
2025-03-12 physics.atm-clus physics.atom-ph physics.ins-det
C60 fullerene as an on-demand single photon source at room temperature
针对当前单光子源鲁棒性不足、集成难、成本高等问题,本研究提出将现成的C60富勒烯分子嵌入聚苯乙烯作为室温可靠单光子发射器,其按需发射特性、短荧光寿命及高发射速率为量子光子技术发展提供支撑。
2025-08-25 physics.app-ph quant-ph
Room-temperature Composite-pulses for Robust Diamond Magnetometry
传感器与环境之间的非均匀耦合以及量子控制中的误差都对实际量子磁强计的灵敏度提出了挑战。基于现代量子传感的物理准则,通过优化控制场的调制,提出了一种鲁棒有效的复合脉冲,用于高保真度的传感器和控制误差的非均匀展宽。这种技术在金刚石中的氮空位(NV)中心上得到验证,以保持几乎完美的操作直到失谐量如$110\%$那样大。实验结果表明,NV中心系综的灵敏度比常规矩形脉冲动态解耦的灵敏度提高了$4$倍。我们的工作标志着在现实系统中实现不完美量子控制的高可靠超灵敏量子传感的重要一步。然而,所使用的原理是通用的,并且不限于NV中心集合磁力仪。
2018-11-01 quant-ph
Controlled Displacement of Stored Light at Room Temperature
Humboldt-Universität zu Berlin(柏林洪堡大学);National Cheng Kung University(国立成功大学);Ferdinand-Braun-Institut (FBH)(费迪南德·布劳恩研究所)
本研究在常温下实现了存储光脉冲的受控位移,通过干涉方案测量位移速度,拓展了量子记忆的应用范围,为高灵敏度速度测量提供了新方法。
2025-05-06 quant-ph
Improved quantum sensing with a single solid-state spin via spin-to-charge conversion
在室温下有效地光学读出单个固态电子自旋是纳米量子传感的关键挑战。在这里,我们应用自旋-电荷转换技术,以提高在室温下的金刚石中的一个单一的氮空位(NV)色心的光学自旋状态读出,在NV自旋相干时间没有退化。我们证明了一个数量级的改善,每次拍摄的自旋读出噪声和约五个因素的改善,在AC磁力灵敏度,相比,传统的NV自旋状态的光学读出方法。这种改进在广泛适用的块状金刚石系统中实现。我们表明,选择成功的电荷状态初始化导致可能进一步提高灵敏度。该技术非常适合于涉及低占空比脉冲信号的感测应用,在生物磁测量中,长的死区时间需要优化每次拍摄的灵敏度。
2017-11-06 cond-mat.mes-hall quant-ph
Room-temperature quantum entanglement in a van der Waals material
本研究在六方氮化硼中实现可光学寻址电子自旋与强耦合$^{13}$C核自旋的室温纠缠,获得0.89保真度Bell态,并利用核自旋量子存储增强交流磁场传感。
2025-09-27 cond-mat.mes-hall quant-ph
Long-lived state in a four-spin system hyperpolarized at room temperature
具有编码成长寿命状态的超极化核自旋的溶液已被用于感测化学现象。按照传统的方式,核自旋在非常低的温度下是超极化的。在这项工作中,我们展示了一个四核自旋系统的编码在室温下超极化成一个长寿命的状态在一个解决方案。我们将具有长寿命态的溶液用作配体-受体结合实验中的传感器。
2019-08-23 physics.chem-ph quant-ph
Sensing coherent dynamics of electronic spin clusters in solids
我们目前的实验观察和强相互作用的电子自旋的量子动力学的研究,在室温下的固态。在金刚石衬底中,单个氮空位(NV)中心与两个相邻的S = 1/2暗电子自旋相干相互作用。我们通过详细的光谱量化NV-电子和电子-电子耦合,与强相互作用的自旋模型具有良好的一致性。电子-电子耦合使得能够观察固态中的电子自旋之间的相干触发器动力学,其有条件地发生在NV的状态上。最后,作为相干控制的演示,我们选择性地耦合和转移之间的NV和对电子自旋的极化。这些结果表明,在室温固体中的电子自旋寄存器的完全量子控制的关键一步。
2018-06-14 cond-mat.mes-hall quant-ph
Integration of quantum dots at the tips of single plasmonic bipyramid nanoantennas for strong coupling at room temperature
本文利用等离激元触发的双光子聚合技术,将量子点精确定位在单个金双锥体纳米天线尖端,实现了室温下量子点与局域等离激元的强耦合,观测到349.3 meV的Rabi分裂,为固态量子技术提供了可扩展平台。
2025-11-05 quant-ph
Bench-top Cooling of a Microwave Mode using an Optically Pumped Spin Refrigerator
我们的实验表明,在1.45 GHz的微波模式,通过其与自旋极化的三重态掺杂的p-terphenyl晶体内的光激发并五苯分子在室温下的相互作用的热光子的临时删除。晶体的电磁功能作为一个窄带低温负载,通过受激吸收从其他室温模式中去除光子。微波模式的噪声温度下降到$50^{+18}_{-32}$ K(通过噪声功率测量直接推断),而包围该模式的腔体的金属壁保持在室温。基于与微波激射器相同的系统行为的模拟(可以更精确地表征)表明,该模式的温度可能下降到$\sim$ 10 K(对应于$\sim$ 140个微波光子)。这些观察结果与工程改进相结合,以加深冷却,确定该系统是一个窄带但非常方便的平台-没有低温,真空室和强磁体-用于实现低噪声探测器,量子存储器和量子增强机器(如热机)基于微波频率下的强自旋光子耦合和纠缠。
2021-06-05 quant-ph
Sensing phase-transitions via nitrogen-vacancy centers in diamond
由于液体与表面的相互作用,表面上的超薄液体层的行为与散装液体不同。一些例子是扩散性质和发生液-固相变的温度的显著变化。事实上,分子动力学模拟表明,即使在室温以上,金刚石表面的薄层水也可以保持固态。然而,由于所涉及的体积小,用现有技术通过实验来检查这些现象是非常困难的。在这种情况下,浅NV中心有望成为一种高灵敏度的工具,用于研究沉积在金刚石表面上的液体和固体发出的磁信号。此外,NV中心是非侵入式传感器,即使在室温下也具有非凡的性能。为此,我们在这里提出了一个理论工作,补充了基于玻色化技术的数值证据,预测从一个单一的NV中心的可测量的信号时,在不同的配置与大型自旋浴相互作用。因此,我们建议单NV中心作为传感器能够解决结构水功能在纳米级,甚至敏感的相变。
2017-10-26 quant-ph
Influence of spherical anisotropy on optical mass sensing in a molecular-plasmonic optomechanical system
我们利用全光泵浦-探测的方法,在室温下发展了一种分子等离子体系统的质量传感机制。该系统由一个双钳位的石墨烯纳米粒子组成,在强泵浦场和弱探测脉冲的存在下,该纳米粒子与两种类型的各向同性和各向异性球形等离子体腔参数相互作用。基于模式选择量子化方案和类比腔光力学的正则模型,我们制定了系统的电磁格林张量的哈密顿量。以这种方式,我们推导出一个明确的形式的大小相关的光机耦合函数和等离子体阻尼率,其中包括模式,几何形状和材料的等离子体结构的功能。等离子体纳米结构的工程材料特性,我们发现,由于模式体积减少,与银球纳米腔相比,径向各向异性球形纳米腔的探测场透射谱的强度显著增强。该方案可以提供在室温下实现最小可测量质量。
2022-02-27 physics.optics quant-ph
Cavity-enhanced room-temperature magnetometry using absorption by nitrogen-vacancy centers in diamond
我们提出了一种基于金刚石中氮空位中心的腔增强型室温磁场传感器。使用与1042 nm自旋单态跃迁共振的光的吸收来检测磁共振。将金刚石放置在外部光学腔中以增强吸收,即使在室温下也观察到显著的吸收。我们证明了磁场灵敏度为2.5 nT/sqrt(Hz),并且对于几mW的红外线,设计了70 pT/sqrt(Hz)的光子散粒噪声限制灵敏度,并且对于90 um x 90 um 200 um的感测体积,设计了250 fT/sqrt(Hz)的量子投影噪声限制灵敏度。
2014-01-10 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
Ultrafast, all-optical coherence of molecular electron spins in room-temperature, aqueous solution
本研究利用泵浦-探测偏振光谱技术,在室温水溶液中实现了分子电子自旋相干性的超快全光学初始化与追踪,将时间分辨率提升五个数量级,揭示了电子自旋相干新机制。
2024-07-26 quant-ph
Bayesian estimation for quantum sensing in the absence of single-shot detection
量子信息协议,如量子纠错和量子相位估计,已被广泛用于提高量子传感器的性能。虽然这些协议依赖于单次检测,但在大多数实际应用中,只有平均读数可用,如在室温传感与金刚石中的氮空位中心相关的电子自旋的情况下。在这里,我们从理论上研究的应用程序的量子相位估计算法的高动态范围的磁力测量,在单次读出是不可用的情况下。我们表明,即使在这种情况下,贝叶斯估计提供了一种自然的方式来使用现有的信息,以一种有效的方式。我们应用贝叶斯分析,以实现一个优化的传感协议,用于估计与时间无关的磁场与一个单一的电子自旋相关的氮空位中心在室温下,并表明该协议提高了灵敏度超过以前的协议的一个因素3。此外,我们表明,一个额外的增强,可以通过考虑在检测器点击的定时信息。
2019-03-11 cond-mat.mes-hall quant-ph
Squeezed light from a levitated nanoparticle at room temperature
力学系统的量子测量可以通过有质动力产生光压缩。它的观测需要高度的环境隔离和有效的检测,通常通过使用光学腔和低温冷却来实现。在这里,我们实现了这些条件,通过测量在室温下的光学悬浮纳米粒子的位置,没有开销的光学腔。我们使用一个快速的外差检测,同时重建正交光学求积,并观察$9\%\pm0.5\%$的噪声降低低于散粒噪声。我们的实验为挤压光增强传感提供了一种新颖的无腔平台。同时,它描绘了一个清晰而简单的策略,以观察平稳的光机纠缠。
2022-02-21 physics.optics quant-ph
Room temperature single-photon emitters in silicon nitride
单光子发射器对于实现量子信息技术、量子传感和量子通信中的若干新兴应用是必不可少的。可扩展的光子平台能够托管固有的或直接嵌入的单光子发射源的集成量子光子电路的实现特别感兴趣。在这里,我们报告的第一次观察到的室温下的单光子发射器在二氧化硅衬底上生长的氮化硅(SiN)薄膜。由于SiN最近已成为集成量子光子学最有前途的材料之一,因此所提出的平台适用于量子芯片器件的可扩展制造。光物理分析揭示了明亮的(> $10^5$计数/秒),稳定的,线性偏振的,和纯的量子发射器在SiN膜的二阶自相关函数的值在零时间延迟$g^{(2)}(0)$在室温下低于0.2。由于观察到的发光峰的窄波长分布,建议发射起源于氮化硅中的特定缺陷中心。氮化硅中的单光子发射器有可能实现量子光源与成熟的光子片上平台的直接、可扩展和低损耗集成。
2021-04-16 physics.app-ph physics.optics quant-ph
Room-Temperature Storage of Entanglement in a Silicon Carbide Quantum Node
University of Science and Technology of China(中国科学技术大学)
该研究在碳化硅量子节点中实现室温纠缠存储,通过SWAP门将电子-核纠缠转移到核自旋存储器,保真度达92.5%,寿命延长240倍,为室温量子技术提供平台。
2026-09-15 quant-ph
Nanoscale sensing based on nitrogen vacancy centersin single crystal diamond and nanodiamonds:achievements and challenges
在仪器、材料和理论描述的共同发展的推动下,固体中量子发射体的传感和成像能力在过去二十年中显著提高。固体中的量子发射体,其性质类似于原子和离子,提供了另一种方法来探测自然和人工纳米系统,具有最小的干扰和最终的空间分辨率。在这些新兴的量子发射体中,金刚石中的氮空位色心是一个突出的例子,因为它在室温下具有固有的性质(高发光、光稳定、生物相容、高相干自旋态)。本文综述了纳米金刚石和单晶金刚石中NV中心在传感和成像方面的最新进展和成就。我们还强调了不同类型钻石的普遍挑战和材料方面,并概述了使用颜色中心作为传感器时要考虑的主要参数。作为一种新型的传感资源,我们突出的NV centersas发光电偶极子和它们的耦合到其他纳米级偶极子,如石墨烯的属性。
2019-09-09 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Ultrabright room-temperature single-photon emission from nanodiamond nitrogen-vacancy centers with sub-nanosecond excited-state lifetime
从耦合到等离子体纳米天线的量子发射器获得的超快发射速率最近在量子信息和传感应用中从根本上打开了新的可能性。等离子体纳米天线通过显著缩短量子发射器的荧光寿命来大大提高其亮度。支持强限制模式的间隙等离子体纳米腔对于这样的应用特别感兴趣。我们证明了从纳米金刚石中的氮空位(NV)中心耦合到纳米尺寸的间隙等离子体腔的单光子发射,其内部模式体积比立方真空波长小约10000倍。由此产生的结构具有亚纳秒NV激发态寿命和高达每秒5000万计数的检测光子速率。荧光饱和度的分析允许提取由纳米天线提供的多阶激发速率增强。效率分析表明,NV中心在远场每秒产生高达2.5亿个光子。
2017-12-02 physics.app-ph physics.optics quant-ph
Spin Coherence and Echo Modulation of the Silicon Vacancy in 4H-SiC at Room Temperature
碳化硅中的硅空位在量子信息处理和传感方面具有重要的应用前景。我们进行了室温光检测磁共振和自旋回波测量的整体空缺,并发现强烈依赖于磁场的属性。自旋回波衰减时间从低场时的小于10 $μ$ s变化到68 mT时的80 $μ$ s,并且还观察到强的场依赖性自旋回波调制。这种调制归因于与核自旋的相互作用,并通过理论模型得到了很好的描述。
2015-06-18 cond-mat.mes-hall quant-ph
Optomechanical entanglement at room temperature: a simulation study with realistic conditions
量子纠缠是量子密钥分发、量子隐形传态和量子传感等许多应用的关键。然而,在宏观系统中可靠地产生量子纠缠已被证明是一个挑战。在这里,我们提出了一个详细的分析有质动力纠缠的产生,利用光机相互作用,以创建量子关联。我们数值计算的纠缠措施-对数负-的纠缠的定量评估。实验的限制,包括热噪声和光损耗,从现有的实验测量包括在计算中,这是难以解决的分析。这一工作对有质动力纠缠器件的发展具有重要意义。
2020-07-22 physics.optics quant-ph
Cavity Quantum Electrodynamics Effects of Optically Cooled Nitrogen-Vacancy Centers Coupled to a High Frequency Microwave Resonator
最近的实验表明,冷却的微波模式的高品质的介质谐振器耦合到光学冷却的氮空位(NV)在金刚石自旋。我们最近的理论研究[arXiv:2110.10950]指出,冷却的NV自旋可以在室温下实现腔量子电动力学效应(C-QED)。在这篇文章中,我们建议修改最近的金刚石脉泽实验[Nature 55,493-496(2018)]中使用的设置,其具有更高的自旋跃迁频率,更低的自旋退相速率和更强的NV自旋谐振器耦合,以实现更好的微波模式冷却和室温CQED效应。为了更精确地描述光学自旋冷却和集体自旋共振耦合,我们扩展了标准的Jaynes-Cumming模型,以考虑NV中心丰富的电子和自旋能级。我们的计算表明,对于所提出的设置,它是可能的冷却的微波模式从$293$ K(室温)到$116$ K,这是约$72$ K低于以前的记录,并研究有趣的动力学的CQED效应下的弱到强的耦合转变,通过改变激光功率。通过简单的修改,我们的模型可以应用于,例如,并五苯分子的其他固态自旋或三重态自旋,并研究其他效应,如脉冲和连续波激射的操作。
2022-03-08 quant-ph
Spin-Dependent Quantum Emission in Hexagonal Boron Nitride at Room Temperature
与宽带隙半导体中的缺陷相关联的光学可寻址自旋是用于量子信息处理和纳米级感测的通用平台,其中自旋相关的系统间交叉(ISC)跃迁促进光学自旋初始化和读出。最近,范德华材料六方氮化硼(h-BN)已经成为量子发射器(QE)的强大宿主,但尚未观察到自旋相关效应。在这里,我们报告的强烈各向异性的光致发光(PL)图案作为一个功能的应用磁场的选择量化宽松的h-BN的室温观测。在稳态PL和光子发射统计的场依赖性变化是一致的电子模型具有自旋依赖ISC之间的三重态和单重态流形,表明光学寻址的自旋缺陷存在于h-BN $-$一个多功能的二维材料,有希望有效的光子提取,原子尺度的工程,并实现基于自旋的量子技术使用范德华异质结构。
2018-04-24 quant-ph
Cavity Quantum Electrodynamics Effects with Nitrogen Vacancy Center Spins in Diamond and Microwave Resonators at Room Temperature
在低温微波谐振腔中研究了金刚石中氮空位中心自旋的腔量子电动力学(C-QED)效应,如Rabi分裂、Rabi振荡和超辐射。在这篇文章中,我们探讨了在室温下实现强集体耦合的可能性以及由此产生的自旋系综C-QED效应。热环境对单个自旋的热激发导致具有低对称性和降低的集体自旋-微波场耦合的集体Dicke态的布居。然而,我们的模拟表明,热激发可以通过光学泵浦的自旋冷却补偿。由此产生的具有更高对称性的Dicke态的布居意味着与当前可用的高质量谐振器的强耦合,并且使室温下的C-QED效应在量子传感和量子信息处理中具有潜在的应用。
2021-10-21 physics.atom-ph quant-ph
Real-time optimal quantum control of mechanical motion at room temperature
通过测量和反馈精确控制物理系统动态的能力是现代工程的支柱。如今,对应用量子技术的需求日益增长,需要将这种控制水平适应于单个量子系统。以最佳方式实现这一目标是一项具有挑战性的任务,它依赖于量子限制测量和专门定制的状态估计和反馈算法。迄今为止,成功的实施包括光学和原子系统水平上的实验。在这里,我们展示了实时最佳控制的量子轨道的光学捕获的纳米粒子。我们结合共焦位置传感接近海森堡极限与最佳状态估计通过卡尔曼滤波跟踪粒子运动在相空间中的实时位置不确定性的零点波动的1.3倍。最佳反馈使我们能够稳定的量子谐振子的平均占用$n=0.56\pm0.02$量子,实现量子基态冷却从室温。我们的工作建立了量子卡尔曼滤波作为一种方法来实现量子控制的机械运动,具有潜在的影响,在所有尺度上的传感。结合悬浮,这为线性和非线性系统中固态宏观量子物体的波包动力学的全面控制铺平了道路。
2021-06-17 physics.atom-ph physics.optics quant-ph
Quantum Sensing of Copper-Phthalocyanine Electron Spins via NV Relaxometry
本研究利用金刚石浅NV中心的T1弛豫测量在室温下表征多晶CuPc薄膜的电子自旋系综,提取了关联时间等关键参数,并证明该方法能以约1纳米精度估计NV深度,确立了NV中心作为分子自旋系统强大探针的地位。
2025-11-05 physics.chem-ph quant-ph
Metastability-Induced Solid-State Quantum Batteries for Powering Microwave Quantum Electronics
本文提出利用亚稳态的固态开放量子电池,在有机微波激射器平台上实现稳定超广延充电、长寿命储能及室温按需相干微波发射。
2025-08-30 quant-ph
Magnetic-field-learning using a single electronic spin in diamond with one-photon-readout at room temperature
金刚石中的氮空位(NV)中心是具有吸引力的纳米级量子传感器,用于温度、应变、电场,尤其是磁场。然而,低噪声单次读出所需的低温温度使得迄今为止报道的最灵敏的NV磁力测量成为可能,对于关键应用(例如生物传感)是不切实际的。到目前为止,克服室温下的噪声读出需要重复收集荧光光子,这增加了该过程的时间成本,从而降低了其灵敏度。在这里,我们展示了机器学习如何在室温下处理单个NV中心的噪声读出,每个算法步骤平均只需要一个光子,以与低温实验报告的精度相当的精度感测磁场强度。分析大数据集从NV中心在散装金刚石,我们报告的绝对灵敏度$60$ nT的$^{1/2}$,包括初始化,读出,和计算开销。我们发现,退相时间可以同时估计,并随时间变化的字段可以在室温下动态跟踪。我们的研究结果大大提高了早期单自旋传感器的实用性。
2018-07-25 quant-ph
Nanoscale spin detection of copper ions using double electron-electron resonance at room temperature
本文报道了在室温和低磁场条件下,利用金刚石中的单自旋电子-电子双共振技术,对铜离子(Cu $^{2+}$)的纳米级自旋探测和电子顺磁共振(EPR)谱进行了研究。我们意外地测量窄EPR共振线宽$\sim 2-3$ MHz的氯化铜分子溶解在聚赖氨酸。我们还观察到单个Cu $^{2+}$离子的相干Rabi振荡和超精细分裂,这可以用于动态核自旋极化和更高灵敏度的自旋探测。我们解释和分析这些观察使用自旋哈密顿模型的氯化铜分子和数值模拟的预测鹿的响应,并获得一个感测体积$\sim (250 \text{nm})^3$。这项工作将打开大门,铜标记的EPR测量环境条件下的生物分子和纳米材料。
2021-08-31 cond-mat.mes-hall quant-ph