A blueprint for fault-tolerant quantum computation with Rydberg atoms
我们提出了一个用里德伯原子构建容错通用量子计算机的蓝图。我们的方案，这是基于表面码，使用单独可寻址的光阱原子作为量子比特，并利用电磁诱导的透明度来执行所需的纠错和计算的多量子比特门。我们讨论了使用里德伯原子来构建这样的量子计算机的优点和挑战，并进行了纠错模拟，以获得我们的方案的错误阈值。我们的研究结果表明，里德伯原子是一个很有前途的候选人的量子计算，但门的性能需要提高容错通用量子计算可以实现。
2017-11-18 quant-ph
Generation of narrowband quantum emitters in hBN with optically addressable spins
本文报道了一种单步热处理方法，在六方氮化硼中生成高密度窄带量子发射体，其中超过25%的发射体在室温下具有光学自旋读出特征，为层状范德华材料中的单自旋-光子界面奠定基础。
2025-01-25 quant-ph
Designing Optically Addressable Nitrogen-Vacancy Centers in Ultra-Small Nanodiamonds: Insights from First-Principles Calculations
通过第一性原理电子结构与随机振电计算，揭示表面终止和颗粒间距对超小纳米金刚石中NV−电荷稳定性及光学可寻址性的影响。
2024-12-02 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph
Realizing quantum gates with optically-addressable $^{171}$Yb$^{+}$ ion qudits
本研究利用线性阱中光寻址的$^{171}$Yb$^{+}$离子qudit构建量子处理器寄存器，基于435.5 nm四极时钟跃迁的Zeeman子能级进行编码，并实现了包含单qudit旋转和双qudit Molmer-Sorensen操作的通用门集。
2023-05-09 quant-ph
Coherent Microwave Control of Optically Addressable Donor Qubits in ZnO
University of Washington（华盛顿大学）；University of Wisconsin-Madison（威斯康星大学麦迪逊分校）；California Institute of Technology（加州理工学院）；Institute for Quantum Information and Matter, California Institute of Technology（加州理工学院量子信息与物质研究所）；University of Tokyo（东京大学）；RIKEN（理化学研究所）
通过微波脉冲实现ZnO中注入的$^{115}$In施主电子自旋的相干控制，利用光泵浦初始化与读出，观测到拉比振荡和超精细跃迁，但低场下相干时间显著短于预期。
2026-06-18 quant-ph
Optically Addressable Molecular Spins at 2D Surfaces
HUN-REN Wigner Research Centre for Physics（匈牙利科学院维格纳研究物理中心）；ELTE Eötvös Loránd University（罗兰大学）；University of Stuttgart（斯图加特大学）；Max Planck Institute for Solid State Research（马克斯·普朗克固体研究所）
本研究在二维表面实现光学可寻址分子自旋，通过锚定分子于六方氮化硼，实现室温下长相干性和高灵敏度的量子传感器。
2026-01-27 cond-mat.mtrl-sci quant-ph
Optically detected and radio wave-controlled spin chemistry in flavoproteins
Technical University of Munich, TUM School of Natural Sciences, Chemistry Department（慕尼黑工业大学）；Munich Center for Quantum Science and Technology (MCQST)（慕尼黑量子科学与技术中心）；Albert Ludwigs-Universität Freiburg, Institute of Physical Chemistry（弗赖堡大学）；Marburg University, Chemistry Department（马尔堡大学）
本研究展示了类胡萝卜素蛋白中通过光学检测和无线电波控制的自旋化学，利用自由基对实现高对比度的磁共振成像和磁场传感。
2026-02-09 quant-ph
Alternant Hydrocarbon Diradicals as Optically Addressable Molecular Qubits
本文提出利用交替对称性设计间位共价连接的双自由基（m-二聚体），通过激发态对称性构建ODMR机制实现基态自旋极化，证明其可作为无金属分子色心用于量子信息科学。
2024-03-18 cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph quant-ph
Purcell enhancement of a single silicon carbide color center with coherent spin control
碳化硅最近已被开发为光学可寻址自旋缺陷的平台。特别地，在4 H多型体中的中性双空位显示光学可寻址的自旋-1基态和近红外光学发射。在这里，我们提出了一个单一的中性双空位耦合到一个光子晶体腔的Purcell增强。我们利用纳米光刻技术和掺杂剂选择性光电化学蚀刻的组合来产生品质因数超过5000的悬浮腔。随后耦合到一个单一的双空位导致的Purcell因子约50，这表现为增加的光致发光到零声子线和缩短的激发态寿命。此外，我们测量腔纳米结构内的双空位基态自旋的相干控制，并通过动态解耦证明扩展的相干性。这种自旋腔系统代表了使用碳化硅的可扩展长距离纠缠协议的进步，该协议需要来自空间分离的单个量子位的不可区分光子的干涉。
2020-02-28 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci 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
Room-temperature optically detected magnetic resonance of single defects in hexagonal boron nitride
材料中的光学可寻址自旋是量子技术的重要平台，如中继器和传感器。在二维（2D）分层材料中识别这样的系统提供了优于它们的大块对应物的优势，因为它们的降维使得能够更可行地在芯片上集成到设备中。在这里，我们报告光学检测磁共振（ODMR）从以前确定的碳相关的缺陷在二维六方氮化硼（hBN）。我们发现，单缺陷ODMR对比度可以高达6%，并显示磁场依赖性与每个缺陷的正负号。这种双极性可以揭示到低对比度最近报道的系综ODMR测量这些缺陷。此外，ODMR线形包括一个双重共振，表明低零场分裂或超精细耦合。我们的研究结果提供了一个有前途的路线实现室温自旋光子量子界面在六方氮化硼。
2021-03-30 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci quant-ph
Integrated quantum photonics with silicon carbide: challenges and prospects
光学可寻址的固态自旋缺陷是利用其长相干基态流形存储和操纵量子信息的有希望的候选者;单个缺陷可以利用光子-光子相互作用纠缠，提供通向大规模量子光子网络的路径。量子计算协议对系统中可接受的光子损失施加了严格限制。这些低损耗的要求在没有光子工程的情况下无法实现，但如果与最先进的纳米光子技术相结合，则可以实现。然而，大多数含有自旋缺陷的材料都很难加工：因此，量子光子器件的性能比经典器件落后几个数量级。碳化硅（SiC）非常适合弥合经典量子光子学的差距，因为它具有有前途的光学可寻址自旋缺陷，并且可以加工成绝缘体上的SiC，用于可扩展的集成光子学。在这个角度来看，我们讨论了最近的进展，可扩展的量子光子技术的发展的基础上，在碳化硅的固态自旋，并讨论当前的挑战和未来的方向。
2020-10-29 quant-ph
Time-space encoded readout for noise suppression and scalable scanning in optically active solid-state spin systems
提出一种名为T2S编码的新型读出方案，通过声光调制器在时空上解耦自旋操纵与光学读出，实现了高效噪声抑制和可扩展的多像素成像。
2024-08-27 physics.app-ph quant-ph
Electrical Control of Optically Active Single Spin Qubits in ZnSe
University of Maryland（马里兰大学）；Forschungszentrum Jülich GmbH（于利希研究中心有限公司）；RWTH Aachen University（亚琛工业大学）
通过电场调控ZnSe量子井中单自旋量子比特的发射能量，有效抑制电荷噪声，提升光学和自旋可寻址性。
2026-01-12 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
Quantum thermalization and Floquet engineering in a spin ensemble with a clock transition
本文利用镱-171离子系综的时钟跃迁实现纯长程偶极XY模型，通过调控相互作用与无序比例研究量子热化，并动态工程化多种多体哈密顿量及实现时间晶体相，展示了稀土离子系综作为多体物理测试平台的价值。
2024-08-01 quant-ph
Femtosecond Laser Writing of Spin Defects in Hexagonal Boron Nitride
宽带隙材料中的旋光自旋缺陷在量子信息和量子传感方面有着广泛的应用前景。二维层状范德瓦尔斯材料中的自旋缺陷才刚刚开始研究。在这里，我们表明，光学寻址的自旋系综在六方氮化硼（hBN）可以产生飞秒激光照射。我们观察光学检测的磁共振（ODMR）的hBN的自旋缺陷激光照射。我们表明，在hBN中的自旋缺陷的创建强烈的影响，由飞秒激光的脉冲能量。当激光脉冲数小于几千时，脉冲数只影响缺陷的密度而不影响缺陷的类型。在适当的激光参数下，可以以高的成功概率产生自旋缺陷。我们的工作提供了一个方便的方法来创建自旋缺陷的hBN飞秒激光写入，这显示了良好的前景，量子技术。
2021-02-03 cond-mat.mes-hall quant-ph
Triangulene-based diradicals as a blueprint for molecular quantum platforms with optical addressability and long spin coherence times
School of Physics, CRANN Institute, and RINN Quantum, Trinity College, Dublin 2, Ireland（三一学院物理学院、CRANN研究所和RINN量子中心）
研究旨在寻找结合长自旋相干时间与高效自旋-光学界面的分子以推动分子量子技术发展。通过第一性原理方法研究相关分子电子结构等，计算自旋退相干时间等，发现可通过特定振动工程提高\(T_2\)，推进理论基础并指出化学设计策略。
2026-07-10 cond-mat.mtrl-sci quant-ph
Heterogeneous Optically-Detected Spin-Acoustic Resonance in Solid-State Molecular Thin-film
Imperial College London（帝国理工学院）；Shenzhen University（深圳大学）
本研究在固态分子薄膜中实现了异质光学检测自旋-声学共振，通过声学驱动实现无磁场下的相干自旋操控，为室温机械可寻址自旋控制提供了新方法。
2026-02-09 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph quant-ph
Sub-second spin and lifetime-limited optical coherences in $^{171}$Yb$^{3+}$:CaWO$_4$
本研究在 $^{171}$Yb$^{3+}$:CaWO$_4$ 中实现了亚秒级寿命限制的光学相干性，展示了其在量子技术中的应用潜力。
2025-11-26 cond-mat.mtrl-sci physics.atom-ph quant-ph
Electrically driven spin resonance in silicon carbide color centers
我们证明了光寻址点缺陷的自旋可以用交流电场相干驱动。基于磁偶极禁戒自旋跃迁，该方案使空间受限的自旋控制，高频电场的成像，和缺陷自旋多重性的表征。虽然我们控制SiC中的缺陷，但这些方法适用于许多半导体中的自旋系统，包括金刚石中的氮空位中心。电驱动的自旋共振提供了一个可行的途径，以可扩展的量子控制的电子自旋在一个密集的阵列。
2013-10-17 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci quant-ph
Enhancing Spin Coherence of Optically-Addressed Molecular Qubit by Nuclear Spin Hyperpolarization
Massachusetts Institute of Technology（麻省理工学院）；PSI Center for Neutron and Muon Sciences（瑞士保罗谢勒研究所中子与μ子科学中心）；University of Pennsylvania（宾夕法尼亚大学）
通过三重动态核极化技术抑制核自旋浴引起的退相干，提升分子量子比特的自旋横向相干时间，实验显示自旋回波衰减时间增强25%，并验证了核极化对相干时间的定量影响。
2026-03-31 cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph quant-ph
Optically driving the radiative Auger transition
在辐射俄歇过程中，光学衰减伴随着其他载流子的同时激发。辐射俄歇过程在光学发射光谱中产生弱的红移伴峰。这些卫星峰已经在很大的光谱范围内被观察到：在原子的X射线发射中;在半导体和量子发射器中的施主上接近可见光频率;以及在二维系统中作为振动线的红外频率。迄今为止，关于辐射俄歇过程的工作主要集中在探测自发发射上。然而，辐射俄歇过程导致光子发射的事实表明，跃迁也可以被光学激发。在这种反向辐射俄歇过程中，激发将对应于同时的光子吸收和电子去激发。在这里，我们演示了半导体量子点中三电子的辐射俄歇跃迁的光学驱动。辐射俄歇和基本跃迁一起形成一个$Λ$ -系统。在同时驱动该$Λ$ -系统的两个跃迁时，我们观察到荧光信号减少高达$70\%$。我们的研究结果表明，一种类型的光学寻址过渡连接少体库仑相互作用的量子光学。这些结果开辟了在单量子发射器上进行太赫兹光谱的可能性，具有光学的所有优点：相干激光源，高效和快速的单光子探测器。类似于电子自旋的光学控制，辐射俄歇和基本跃迁之间的$Λ$系统允许对发射体的轨道自由度进行光学控制。
2021-05-07 cond-mat.mes-hall physics.optics quant-ph
NMR Quantum Computation with a hyperpolarized nuclear spin bulk
我们考虑两种新的量子门机制的基础上核自旋在超极化固体$^{129}Xe$和HCl的混合物和无机半导体。我们提出了两个方案，用于实现一个控制的非（CNOT）门的基础上核磁共振（NMR）光谱和磁共振成像（MRI）从超极化固体$^{129}Xe$和HCl的混合物和光泵NMR半导体。这样的门可以基于MRI技术和光学泵浦以及光学检测技术利用可寻址的特定自旋来构建。这些方案对于在元胞自动机架构方面实现实际的量子计算机可能是有用的。
1998-11-19 quant-ph
Room Temperature Initialisation and Readout of Intrinsic Spin Defects in a Van der Waals Crystal
宽禁带半导体中的光学可寻址自旋已经成为探索基本量子现象的最突出的平台之一。虽然包括金刚石和碳化硅在内的3D晶体中的几种候选物已经被广泛研究，但在原子级薄的2D材料中识别spindependent过程仍然难以捉摸。虽然理论上预测了hBN中的光学可达自旋态，但它们尚未在实验上观察到。在这里，采用严格的电子顺磁共振技术和光致发光光谱，我们确定荧光线在六方氮化硼与一个特定的缺陷，带负电荷的硼空位，并确定其自旋哈密顿参数。我们发现，缺陷有一个三重基态与零场分裂为3.5 GHz，并建立该中心在室温下具有光学检测的磁共振。我们还证明了该中心的自旋极化下的光泵，这导致光诱导的自旋基态的粒子数反转相干自旋操纵计划的先决条件。我们的研究结果构成了一个飞跃，在建立二维hBN作为一个主要的平台，可扩展的量子技术，具有扩展的潜力，自旋为基础的量子信息和传感应用，作为我们的ODMR研究hBN NV金刚石混合结构显示。
2019-06-10 cond-mat.mtrl-sci physics.optics quant-ph
Dense pentacene cocrystal demonstrates room-temperature coherent control
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）；University of Texas at Austin（德克萨斯大学奥斯汀分校）
该研究报道了一种高密度并五苯共晶DHP/Pc，在室温下实现微秒级自旋相干和相干控制，通过分子堆积与三重态能量设计克服了密集自旋系统的相干损失，为系综量子传感提供了新途径。
2026-09-25 quant-ph
Hyperfine spectroscopy and fast, all-optical arbitrary state initialization and readout of a single, ten-level ${}^{73}$Ge vacancy nuclear spin qudit in diamond
本研究实现了对金刚石中单个十能级 ${}^73$Ge 空位核自旋 qudit 的超精细结构观测、核自旋读出，并在微秒尺度上以高达约 84% 的保真度实现了任意态的光控初始化，
2024-02-13 cond-mat.mes-hall quant-ph
Scalable quantum register based on coupled electron spins in a room temperature solid
实现基于量子定律的设备可能会导致构建性能优于经典类似物的处理器，并建立无条件安全的通信协议。固体通常对量子相干性提出了严峻的挑战。然而，由于它们的无自旋晶格和低自旋轨道耦合，碳材料，特别是金刚石适合于承载鲁棒的固态量子寄存器。我们表明，可扩展的量子逻辑元件可以实现通过探索与单独的颜色中心在钻石中的可单独寻址的单电子自旋之间的长距离磁偶极耦合。耦合的强距离依赖性被用于表征单个量子位98 A的分离，其具有接近晶格间距的前所未有的精度（3 A）。我们对电子自旋、条件动力学、选择性读出以及可切换相互作用的相干控制的演示为室温固态可扩展量子寄存器开辟了道路。由于两个电子自旋都是光学可寻址的，这种在环境条件下工作的固态量子器件提供了目前仅适用于原子系统的控制程度。
2010-04-28 quant-ph
Engineering and Probing a One-Dimensional Dipolar Spin Ensemble in Diamond
University of California, Santa Barbara（加州大学圣塔芭芭拉分校）；California Institute of Technology（加州理工学院）；Stanford University（斯坦福大学）；Harvard University（哈佛大学）；Boston University（波士顿大学）；Max-Planck-Institut für Physik Komplexer Systeme（马克斯·普朗克复杂系统物理研究所）
本研究在金刚石中工程化并表征了由P1中心构成的准一维偶极自旋链，利用相关谱学探测其自旋动力学，为低维量子自旋系统提供了材料学途径。
2026-09-18 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci quant-ph
Intermediate Excited State Relaxation Dynamics of Boron Vacancy Spin Defects in Hexagonal Boron Nitride
Julius-Maximilians-Universität Würzburg（维尔茨堡大学）；University of Technology Sydney（悉尼科技大学）
本研究针对六方氮化硼硼空位自旋缺陷的中间态弛豫问题，通过实验测量与模拟优化脉冲序列，提升了自旋操控效率，优化了基于硼空位的量子传感器灵敏度。
2026-07-30 physics.app-ph quant-ph
Correlating spin and optical properties of quantum emitters in hBN
University of Technology Sydney（悉尼科技大学）；ARC Centre of Excellence for Transformative Meta-Optical Systems（变革性超光学系统卓越研究中心）；National Institute for Materials Science（国立材料研究所）
本研究探究hBN中量子发射体的自旋与光学性质关联，可控合成碳掺杂hBN的高密度自旋复合缺陷，明确零场分裂参数与零声子线的关联，提升窄带缺陷光子收集效率，推进ODMR活性量子发射体的确定性制备。
2026-08-05 quant-ph
A fluorescent-protein spin qubit
本研究在增强型黄色荧光蛋白中实现光学可寻址自旋量子比特，利用近红外读出和微波控制，在细胞及室温水溶液中展示高对比度与高灵敏度，开辟了生物兼容的量子传感新平台。
2025-01-24 physics.bio-ph physics.chem-ph quant-ph
On chip, multifunctional quantum sensing using single spins in a van der Waals crystal
University of Technology Sydney（悉尼科技大学）；National Institute for Materials Science（国立材料研究所）
利用六方氮化硼中的单量子发射体，通过零声子线位置和光探测磁共振分别独立测量温度和磁场，实现片上多功能量子传感。
2026-06-19 quant-ph
Identification of acoustically induced spin resonances of Si vacancy centers in 4H-SiC
本文利用表面声波的动态应变克服了4H-SiC中V1硅空位中心低温以上自旋控制的限制，实现了直至室温的磁共振激发，并证实其源于激发态自旋子能级跃迁，为自旋光力学量子技术开辟新途径。
2023-08-25 cond-mat.mes-hall 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
Dynamic modulation of phonon-assisted transitions in quantum defects in monolayer transition-metal dichalcogenide semiconductors
通过半导体中的原子点缺陷实现量子局域化具有重要的基础和技术意义。单层过渡金属二硫族化物半导体中的量子缺陷已经被提出作为稳定的和可扩展的光学可寻址自旋量子比特。然而，强自旋-轨道耦合对它们的动力学响应的影响，例如在光学激发下，仍然是难以捉摸的。在这方面，我们研究了自旋轨道耦合对单层过渡金属二硫族化合物，二硫化钼（MoS $_2$）和二硫化钨（WS $_2$）中单个硫族空位缺陷中的电子-声子相互作用的影响。从从头算电子结构理论计算，我们发现，自旋轨道相互作用调整的电子-声子耦合的大小在光学和电荷状态的转变的缺陷，调制各自的效率。这一观察开辟了一个有前途的计划，动态调制材料特性，以调整量子缺陷的局部行为。
2020-07-28 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
Generation of Spin Defects by Ion Implantation in Hexagonal Boron Nitride
宽禁带半导体中自旋缺陷的光寻址作为量子信息和传感应用的一个重要系统，近年来受到越来越多的关注。二维材料中的自旋缺陷由于其原子厚度的特殊性，在量子传感中具有独特的优势。在这里，我们证明了负硼电荷的空位（V $ _\text{B}^{-} $）具有良好的自旋特性的六方氮化硼可以通过离子注入产生。我们在室温下进行光学检测的磁共振测量，以表征V $ _\text{B}^{-} $缺陷的自旋特性，显示$ \sim $ 3.47 GHz的零场分裂。我们比较了不同注入参数（如注量、能量和离子种类）产生的V $ _\text{B}^{-} $缺陷的光致发光强度和自旋特性。在适当的参数下，我们可以以高的概率成功地产生V $ _\text{B}^{-} $缺陷。我们的研究结果提供了一种在hBN中产生自旋缺陷的简单可行的方法，这对于hBN基集成器件的研究具有重要意义。
2022-01-14 quant-ph
Tunable cavity coupling to spin defects in 4H-silicon-carbide-on-insulator platform
本文首次在可扩展薄膜4H-SiC纳米光子学中将PL4双空位自旋缺陷集成到可调谐微环腔中，实现约5.0倍Purcell增强、ODMR对比度翻倍及自旋相干控制，为SiC量子光子电路奠定基础。
2024-12-28 quant-ph
Coherent control and single-shot readout of a rare-earth ion embedded in a nanophotonic cavity
基于光学可寻址自旋量子比特的量子网络有望实现安全通信、分布式量子计算和基础物理测试。基于固态发光中心的量子网络的放大需要耦合到光子谐振器的相干自旋和光学跃迁。在这里，我们研究单个$\mathrm{{}^{171}Yb^{3+}}$离子在钇原钒酸盐耦合到一个纳米光子腔。这些离子具有光学和自旋跃迁是一阶不敏感的磁场波动，使光学线宽小于1 MHz和自旋相干时间超过30毫秒的腔耦合离子。腔增强的光发射率有利于有效的自旋初始化和保真度大于95%的条件单次读出。这些结果展示了一个基于单一相干稀土离子的固态平台，用于未来的量子互联网。
2019-07-28 quant-ph
Quantum sensing of paramagnetic spins in liquids with spin qubits in hexagonal boron nitride
本文利用 hBN 浅层自旋量子比特构建可在液体中工作的超薄量子传感器，通过自旋弛豫和连续波 ODMR 实现水中顺磁离子的纳米尺度检测。
2023-03-04 cond-mat.mes-hall cond-mat.soft quant-ph
A high-resolution molecular spin-photon interface at telecommunications wavelengths
本文提出一种有机铒自旋量子比特，利用窄光学和自旋跃迁耦合，在电信波长下实现高分辨率自旋访问，并演示了光学自旋极化和读出，为可扩展集成分子量子技术开辟路径。
2025-05-22 cond-mat.mes-hall quant-ph
Nuclear spin-wave quantum register for a solid state qubit
围绕单个光学可寻址量子位的固态核自旋为量子网络、计算和模拟提供了关键资源。虽然通常选择具有稀疏核自旋浴的宿主来减轻量子位退相干，但是在核自旋丰富的宿主中开发相干量子系统使得能够探索用于量子信息应用的更广泛的材料。这些致密核自旋系综的集体模式为量子存储提供了天然的基础，然而，利用它们作为单自旋量子比特的资源迄今为止仍然难以捉摸。在这里，通过使用一个高度相干的，光学寻址171 Yb 3+量子比特掺杂到核自旋丰富的原钒酸钇晶体，我们开发了一个强大的量子控制协议来操纵相邻的51 V5+晶格离子的多层次核自旋态。通过动态设计的自旋交换相互作用，我们极化这个核自旋系综，产生集体自旋激发，随后使用它们来实现长寿命的量子存储器。此外，我们还演示了最大纠缠171 Yb-51 V Bell态的制备和测量。与传统的基于无序核自旋的量子存储器不同，我们的平台是确定性和可重复的，确保所有171 Yb量子位的量子寄存器相同。我们的方法为利用致密核自旋浴的复杂结构提供了一个框架，为使用单个稀土离子量子位构建大规模量子网络铺平了道路。
2021-08-29 quant-ph
Room-temperature quantum entanglement in a van der Waals material
本研究在六方氮化硼中实现可光学寻址电子自旋与强耦合$^{13}$C核自旋的室温纠缠，获得0.89保真度Bell态，并利用核自旋量子存储增强交流磁场传感。
2025-09-27 cond-mat.mes-hall quant-ph
Extending the coherence time of spin defects in hBN enables advanced qubit control and quantum sensing
六方氮化硼（hBN）中的自旋缺陷吸引了越来越多的量子技术的兴趣，因为它们代表了范德华材料中的光学可寻址量子位。特别地，hBN中的带负电荷的硼空位中心（${V_B}^-$）已经显示出作为温度、压力和静态磁场的传感器的前景。然而，这种缺陷的短自旋相干时间目前限制了它在量子技术中的应用范围。在这里，我们采用动态解耦技术来抑制磁噪声，并延长自旋相干时间近两个数量级，接近基本的$T_1$弛豫极限。基于这一改进，我们展示了先进的自旋控制和一组量子传感协议，以检测在MHz范围内的电磁信号与亚Hz分辨率。这项工作为利用可剥离材料中的自旋缺陷进行纳米级传感奠定了基础，并为集成到超薄结构中的量子传感器和量子网络开辟了一条有前途的道路。
2022-12-24 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Readout of strongly coupled NV center-pair spin states with deep neural networks
针对强耦合下NV中心对自旋难以个体读出的问题，提出利用单次读出和深度神经网络将光子计数统计与自旋态层析成像相连，实现了组合寄存器集体态的读出。
2024-12-27 physics.data-an quant-ph
Nanofabricated and integrated colour centres in silicon carbide with high-coherence spin-optical properties
碳化硅（SiC）中的光学可寻址自旋缺陷是量子信息处理的新兴平台。它们适用于现代半导体纳米制造，有望实现可扩展的高效自旋光子接口。我们在这里展示了纳米级制造的硅空位中心（VSi）在4 H-SiC没有恶化其固有的自旋光学性能。特别是，我们几乎转换有限的光子发射和记录通过离子注入和三角形截面波导中产生的单个缺陷的自旋相干时间。对于后者，我们展示了对附近核自旋量子比特的进一步控制操作，这对于基于腔量子电动力学的容错量子信息分布至关重要。
2021-09-29 quant-ph
Deterministic and Scalable Coupling of Single 4H-SiC Spin Defects into Bullseye Cavities
针对4H-SiCOI平台单自旋缺陷与高性能光子腔确定性集成的难题，实现了系综及单个自旋缺陷与牛眼腔的可扩展耦合，验证了光增强、单光子发射及自旋相干操控，为SiC基量子光子电路发展提供可行路径。
2025-07-31 quant-ph
Quantum Emission from Coupled Spin Pairs in Hexagonal Boron Nitride
本研究利用从头算计算提出 hBN 中量子发射体的施主—受主对模型，解释其光谱、寿命与稳定性差异及 S=1/2 受主的 ODMR 起源。
2024-09-09 cond-mat.mtrl-sci quant-ph
Coherent spin control of a nanocavity-enhanced qubit in diamond
量子信息处理的一个中心目标是通过光子实现多个静态量子存储器的有效纠缠。在固态系统中，金刚石中的氮空位（NV）中心已经成为具有第二尺度电子自旋相干时间的优秀光学可寻址存储器。最近，量子纠缠和隐形传态已经显示在两个NV存储器之间，但扩展到更大的网络需要更有效的自旋光子接口，如光学谐振器。在这里，我们证明了这样的NV纳米腔系统的光学品质因数接近10,000和电子自旋相干时间超过200 $μ$ s使用硅硬掩模制造工艺。这种自旋-光子接口与片上微波带状线集成，用于相干自旋控制，为量子网络提供了有效的量子存储器。
2014-09-10 physics.atom-ph physics.optics quant-ph
Entanglement of dark electron-nuclear spin defects in diamond
多量子比特量子寄存器的一种有前途的方法是使用光学可寻址自旋来控制环境中的多个暗电子自旋缺陷。虽然最近的实验已经观察到与这种暗自旋的相干相互作用的特征，但实现量子信息处理所需的单独控制是一个公开的挑战。在这里，我们展示了与多个P1中心相关的单个暗自旋的初始化，控制和纠缠，这些中心是金刚石中氮空位中心周围自旋浴的一部分。我们实现了投影测量，以准备P1中心的多个自由度-它们的Jahn-Teller轴，核自旋和电荷状态-并利用这些来选择性地访问浴中的多个P1。我们开发了控制和单次读出的核和电子自旋，并使用它来证明两个P1中心的纠缠态。这些结果为利用暗电子核自旋缺陷作为量子比特用于量子传感、计算和网络提供了原理证明。
2020-11-19 cond-mat.mes-hall quant-ph
Localized creation of yellow single photon emitting carbon complexes in hexagonal boron nitride
本文提出利用标准扫描电子显微镜电子束辐照在六方氮化硼中高精度、高产率地局域化制备峰值575 nm的室温单光子发射体阵列，并结合密度泛函理论将其发光归因于碳相关缺陷，为集成量子器件提供了可扩展的制备路径。
2023-06-20 cond-mat.mes-hall physics.app-ph physics.optics
Q-BiC: A biocompatible integrated chip for in vitro and in vivo spin-based quantum sensing
Cavendish Laboratory, University of Cambridge（剑桥大学卡文迪许实验室）；Department of Biochemistry, University of Cambridge（剑桥大学生物化学系）
Q-BiC是一种生物相容性集成芯片，用于体外和体内基于自旋的量子传感，实现无损伤的生物系统测量。
2024-06-03 physics.bio-ph quant-ph
Heterogeneous integration of solid state quantum systems with a foundry photonics platform
本文将含NV中心的纳米金刚石异构集成到标准180 nm CMOS工艺的低荧光氮化硅光子芯片上，实现六位点选择性寻址、片上PL收集与HBT单光子验证。
2023-04-20 physics.app-ph physics.optics quant-ph
Machine and quantum learning for diamond-based quantum applications
近年来，由于计算能力和数据可用性的增长，机器和量子学习已经获得了相当大的发展势头，并且在解决识别和分类类问题以及需要复杂的战略规划的问题方面表现出了非凡的能力。在这项工作中，我们讨论和分析了机器和量子学习在基于钻石的量子技术发展中所起的作用。这一点很重要，因为金刚石及其可光学寻址的自旋缺陷正成为量子信息、计算和计量学中基于固态的应用的主要硬件候选者。通过选定的一些演示，我们表明机器和量子学习正在导致测量速度和精度的实际和根本性的改进。这对于量子应用至关重要，特别是对于那些相干时间和信噪比是稀缺资源的应用。我们总结了一些最突出的机器和量子学习方法，这些方法有助于所提出的进展，并讨论了它们在拟议和未来量子应用中的潜力。
2022-07-30 quant-ph
