Optical switching of resonance fluorescence from a single germanium vacancy color center in diamond
可扩展的量子光子网络需要量子发射器的相干激发。然而，许多固态系统可以经历到抑制荧光的暗搁置状态的转变。在这里，我们证明了使用弱非共振激光的受控门控，共振激发可以恢复和放大单个锗空位（GeVs）。采用门控共振激发，我们实现了光学稳定的共振荧光的GeV中心。我们的研究结果是至关重要的部署钻石色心作为可靠的积木可扩展的固态量子网络。
2019-04-10 cond-mat.mes-hall physics.optics quant-ph
High yield creation of germanium vacancy centers in diamond by focused ion beam implantation and high temperature annealing
Center for Integrated Quantum Science and Technology (IQST)（集成量子科学与技术中心）
本文通过聚焦离子束注入和高温退火，在金刚石中高效局域创建锗空位中心，实现深度5.5-30 nm内单中心创建，形成产率最高达33%。
2026-06-26 cond-mat.mtrl-sci quant-ph
Quantum interference of resonance fluorescence from Germanium-vacancy color centers in diamond
来自量子发射器的共振荧光是提取不可区分光子的理想来源。利用交叉偏振抑制激光散射，在低温下观察到了GeV级金刚石色心的共振荧光。利用$T_2/2T_1\sim0.86$的傅里叶变换限制线宽发射允许基于单个GeV色心的双光子干涉。在脉冲激发下，24 ns分离的光子表现出$0.604\pm0.022$的Hong-Ou-Mandel可见度，而连续波激发导致1.05辐射寿命的聚结时间窗口。再加上自旋态的单次读出，它为构建具有GeV钻石色心的量子网络铺平了道路。
2022-02-16 cond-mat.mes-hall quant-ph
Quantum Nonlinear Optics with a Germanium-Vacancy Color Center in a Nanoscale Diamond Waveguide
我们展示了一个量子纳米光子学平台的基础上锗空位（GeV）的色心在光纤耦合金刚石纳米光子波导。我们表明，GeV的光学跃迁具有高的量子效率，并在这样的纳米光子结构的寿命几乎加宽。这些属性产生波导光子和单个GeV之间的有效接口，而无需使用腔或慢光波导。结果，单个GeV中心在单次通过中在谐振时将波导传输减少$18 \pm 1\%$。我们使用纳米光子干涉仪进行零差探测的GeV共振荧光。通过探测输出光场的光子统计，我们证明了GeV波导系统在单光子水平上是非线性的。
2017-06-01 cond-mat.mes-hall physics.optics quant-ph
Optical and microwave control of germanium-vacancy center spins in diamond
作为用于集成量子光学和量子信息系统的元件，高度期望将稳定的自旋自由度与有效的光学界面相结合的固态系统。我们发现金刚石中存在一个明亮的色心，它具有优良的光学性质和可控的电子自旋态。具体来说，我们进行了详细的光谱的锗空位（GeV）色心展示光谱稳定性。利用外加磁场提升电子自旋简并度，我们将自旋自由度作为一个可控的量子比特来研究。自旋极化实现使用光泵浦，并证明了超过20 $μ$ s的自旋弛豫时间。光检测磁共振（ODMR）的存在下观察到的谐振微波场。在微波-光学双共振实验中，利用ODMR作为探针测量Autler-Townes效应。利用相干布居俘获制备了叠加自旋态，观察到约19 ns的纯退相时间。讨论了基于光控GeV中心实现相干量子寄存器的前景。
2016-12-12 cond-mat.mtrl-sci quant-ph
Enhanced Spectral Density of a Single Germanium Vacancy Center in a Nanodiamond by Cavity-Integration
本文利用原子力显微镜纳米操控将含单个GeV$^-$色心的纳米金刚石集成到高精细度法布里-珀罗微腔中，实现48倍光谱密度增强，为高效自旋-光子平台奠定基础。
2023-11-30 physics.optics quant-ph
Optimization of the sensitivity of a temperature sensor based on germanium-vacancy color center (GeV) in diamond
本文比较了金刚石GeV色心温度传感器的零声子线测量法与二向色镜分束信号比值法，证明在约300 °C且滤波参数最优时，新方法灵敏度接近原方法两倍。
2024-12-06 physics.ins-det quant-ph
Robust Detection of High-Frequency Signals at the Nanoscale
我们提出了一种方法，依赖于绝热性的捷径，以实现量子检测的高频信号在纳米尺度上的一个强大的方式。更具体地说，我们的协议为控制场提供定制的幅度和频率，首先，使传感器与高频信号耦合，其次，最大限度地减少错误，否则会破坏检测过程。为了验证这种方法，我们特别提出了用氮空位中心量子传感器探测快速旋转核自旋发射的信号。然而，我们的协议是直接适用于其他量子器件，如硅空位中心，锗空位中心，或碳化硅中的双空位。
2020-11-23 quant-ph
Spin-Relaxation of Dipolar-Coupled Nitrogen-Vacancy Centers : The role of Double-flip Processes
研究了偶极耦合负电荷氮空位（NV $^-$）中心自旋在横向电场和磁场作用下的弛豫过程。具体来说，我们发现制度，触发器，双触发过程以及混合引起的局部电场在NV-NV交叉弛豫发挥了重要作用。我们的研究结果是相关的理解在多体自旋系统的退相干，以及高灵敏度的磁电测量与长寿命的相互作用的固态自旋。作为原理的证明，我们提出了一种基于交叉弛豫的方向和微波自由磁强计。
2022-07-28 quant-ph
Creation of Negatively Charged GeV and SnV centers in Nanodiamonds via Ion Implantation
本文通过离子注入在纳米金刚石中制备GeV和SnV色心，实现高纯度单光子发射，为纳米尺度量子光子学与传感应用奠定基础。
2025-04-09 quant-ph
Tin-Vacancy Quantum Emitters in Diamond
通过离子注入和随后在7.7GPa下高达2100 °C的高温退火在金刚石中产生锡空位（SnV）色心。第一性原理计算表明，大的锡原子可以被纳入到金刚石晶格的分裂空位配置，其中锡原子坐在一个间隙位置与两个相邻的空缺。室温下SnV心在619 nm处有一条尖锐的零声子线。该谱线在低温下分裂为四个峰，其基态分裂比基于其他IV族元素的色心、硅空位（SiV）心和锗空位（GeV）心的大，约为850 GHz。通过Hanbury Brown-Twiss干涉测量法对单个SnV量子发射器进行测量，估计激发态寿命为~5 ns。实验测得的光学跃迁能与SiV和GeV心的跃迁能的量级与理论计算符合得很好。
2017-08-11 cond-mat.mes-hall quant-ph
Strongly Coupled Spins of Silicon-Vacancy Centers Inside a Nanodiamond with Sub-Megahertz Linewidth
本研究考察纳米金刚石中带负电硅空位中心的自旋环境，实现电子自旋强耦合且退相干率低于1 MHz，并展示构建多自旋量子存储器寄存器的潜力。
2024-01-23 cond-mat.mes-hall physics.optics quant-ph
Quantum Sensing Enhancement through a Nuclear Spin Register in Nitrogen-Vacancy Centers in Diamond
本文综述了利用金刚石NV中心中核自旋寄存器延长电子自旋相干时间以增强量子传感灵敏度的机制、协议变体及其在核自旋光谱、原子成像和磁传感中的应用，并讨论了挑战与前景。
2025-07-19 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
On-chip excitation of single germanium-vacancies in nanodiamonds embedded in plasmonic waveguides
量子发射器在纳米级等离子体电路中的单片集成需要能够将光限制在远低于衍射极限的低损耗等离子体配置。我们展示了在芯片上远程激发纳米金刚石嵌入单量子发射器的等离子体模式的电介质脊顶部胶体银晶体。纳米金刚石被生产为包含单个锗空位（GeV）中心，提供适用于高度集成电路的明亮、光谱窄且稳定的单光子源。使用电子束光刻与氢硅倍半氧烷（HSQ）抗蚀剂，介电负载的表面等离子体激元波导（DLSPPWs）制造的单晶银板，以便包含那些被发现具有适当的单GeV中心的旋转铸造的纳米金刚石。低损耗等离子体配置使得532 nm泵浦激光能够在DLSPPW中在芯片上传播，并到达嵌入式纳米金刚石，其中包含单个GeV中心。远程GeV发射极由此被激发并耦合到空间受限的DLSPPW模式，由于约6倍的Purcell增强，约56%的耦合效率和约33 μm的传输长度，具有出色的品质因数180，揭示了我们的方法在芯片上实现纳米级功能量子器件的潜力。
2018-01-30 cond-mat.mes-hall physics.optics quant-ph
Two-Photon Interference of Photons from Remote Tin-Vacancy Centers in Diamond
本文利用 Stark 效应调谐金刚石锡空位中心的光学跃迁频率，在两个远程节点间实现高可见度双光子干涉，为构建可扩展固态量子网络提供基础。
2025-03-12 physics.optics quant-ph
Hybrid Quantum Repeater Chains with Semiconductor Quantum Dots and Group-IV-Vacancy Color Centers in Diamond
Humboldt-Universität zu Berlin（柏林洪堡大学）；Technische Universiteit Delft（代尔夫特理工大学）；Harvard University（哈佛大学）
本文提出一种混合量子中继架构，结合量子点和钻石空位色心，通过优化设计实现远距离高保真度纠缠分布，展示其在下一代量子网络中的应用潜力。
2025-12-01 quant-ph
Optical properties of SiV and GeV color centers in nanodiamonds under hydrostatic pressures up to 180 GPa
我们研究了纳米金刚石中硅空位（SiV）和锗空位（GeV）色心在180 GPa静压下的光学性质。纳米金刚石是通过Si或Ge掺杂的等离子体辅助化学气相沉积合成的，并且对于我们的实验，在金刚石对砧单元中加压。在流体静压下，我们观察到的SiV和GeV的零声子线的蓝移17太赫兹（70 meV）和78太赫兹（320 meV），分别。这些测得的压力引起的位移是在良好的协议与从头计算，考虑到晶格压缩的基础上的状态方程的金刚石，并扩展到锡空位（SnV）中心的情况下。这项工作提供了指导使用IV族空位中心作为量子传感器在极端压力下，将利用其特定的光学和自旋特性诱导其固有的反转对称结构。
2022-11-29 cond-mat.mtrl-sci quant-ph
Spin-mechanics with nitrogen-vacancy centers and trapped particles
在量子领域控制宏观振子的运动是近几十年来研究的热点。在这个方向上，光学机械系统，其中的运动的微对象是强烈耦合的激光辐射压力，已经取得了巨大的成功。特别是，由于它们在超低真空条件下与环境的高度隔离，可以在量子水平上操纵悬浮物体的运动。为了进入量子体系，已经提出了使用单个长寿命原子自旋的方案，例如金刚石中氮空位（NV）中心的电子自旋，加上悬浮的机械振荡器。在单自旋水平上，它们提供了将自旋固有的量子性质转移到振荡器的可怕前景，在量子传感和量子力学测试中具有可预见的深远影响。将自旋自由度添加到实验物理学家的工具箱中，将使他们能够在凝聚态和原子物理学的交叉路口进入一个非常丰富的游乐场。我们回顾了自旋力学领域最近的实验工作，这些工作利用了固态中被困粒子和电子自旋之间的相互作用，并讨论了未来的挑战。我们的重点是接近当前实验的理论背景，以及实验限制，一旦克服，将使这些系统能够释放其全部潜力。
2021-06-02 quant-ph
Investigation of the Stark Effect on a Centrosymmetric Quantum Emitter in Diamond
金刚石中的量子发射器是领先的光学可访问固态量子比特。其中，IV族空位缺陷中心作为长寿命自旋态的相干和稳定的光学界面引起了人们极大的兴趣。理论表明，它们的反转对称性提供了对杂散电场的一阶不敏感性，杂散电场是任何基质材料中光学相干性的常见限制。在这里，我们通过实验量化这种电场的依赖性，通过外部电场施加到个别锡空位（SnV）中心的金刚石。这些测量结果表明，永久电偶极矩和极化率是至少四个数量级小于金刚石氮空位（NV）的中心，代表第一次直接测量金刚石中的IV族缺陷的反转对称保护。此外，我们表明，通过调制的电场诱导偶极子，我们可以使用SnV作为一个纳米级探针的本地电场噪声，我们采用这种技术突出的SnV上的光谱扩散的效果。
2021-02-02 quant-ph
Highly indistinguishable photons from a tin-vacancy spin qubit in diamond
Universität des Saarlandes（萨尔兰州立大学）；Johannes Gutenberg-Universität Mainz（约翰内斯·古腾堡美因茨大学）；Global Innovation Centre, Element（Element全球创新中心）
研究金刚石中锡空位自旋量子比特产生高度不可区分光子，通过分离特性与缺陷展示其优势，结合长寿命相干时间，经模拟证实该平台在长距离量子网络及光子量子信息处理方面有竞争力，超越直接传输界限。
2026-07-27 quant-ph
Photoelectric detection of single spins in diamond by optically controlled discharge of long-lived trap states
University of Melbourne（墨尔本大学）；Australian Research Council Centre of Excellence in Quantum Biophysics（澳大利亚研究委员会量子生物物理卓越中心）
本研究提出基于长寿命陷阱态光控放电的光电自旋读出方案CCDMR，以金刚石NV中心为模型实现单自旋高保真电学读出，为固态自旋量子比特探测提供兼具可扩展性与稳定性的新技术。
2025-10-29 quant-ph
Coherent Acoustic Control of a Single Silicon Vacancy Spin in Diamond
声子被认为是通用的量子换能器，因为它们能够耦合到各种各样的量子系统。在这些系统中，已知固态点缺陷自旋是长寿命的光学可访问量子存储器。最近，研究表明，金刚石中的反转对称缺陷，如带负电荷的硅空位中心（SiV），具有对应变高度敏感的自旋量子位。在这里，我们利用这种应变响应来实现单个SiV自旋的相干和低功率声学控制，并执行单个自旋的声学驱动拉姆齐干涉测量。我们的研究结果表明，这些系统的自旋控制的一种新的和有效的方法，提供了一个强大的自旋-声子耦合和声子介导的混合量子系统的路径。
2019-10-23 cond-mat.mes-hall quant-ph
High-Resolution Correlation Spectroscopy of 13C Spins Near a Nitrogen-Vacancy Center in Diamond
包含氮空位（NV）中心和相邻自旋的自旋复合物被认为是新一代自旋电子学和量子信息处理器件的构建块。由于组装相同的自旋团簇是困难的，新的策略是为了以最高的精度确定单个节点结构。在这里，我们使用的脉冲协议来监测的NV中心附近的13 C合奏的时间演化。我们观察到长寿命的时间相关性的核自旋动力学，有限的NV自旋晶格弛豫。我们使用主机14 N自旋作为量子寄存器，并证明在适当的NV初始化后可以分离超精细位移共振。有趣的是，我们发现相关信号的幅度表现出对所施加的磁场的急剧依赖。我们讨论了这一观察的背景下，最近提出的量子到经典的过渡，以解释场依赖的自旋团簇动力学。
2013-05-07 cond-mat.mes-hall quant-ph
A Quantum Photonic Interface for Tin-Vacancy Centers in Diamond
量子网络的实现关键取决于建立有效的、相干的光-物质界面。金刚石中的光学活性自旋已经成为基于其自旋选择性光学跃迁、长寿命自旋基态以及与纳米光子学集成的潜力的有前途的量子节点。金刚石中的锡空位（SnV $^{\,\textrm{-}}$）中心特别令人感兴趣，因为它们在纳米结构中表现出窄线宽发射，并且在高于1 K的温度下具有长的自旋相干时间。然而，SnV $^{\,\textrm{-}}$中心的纳米光子接口尚未实现。在这里，我们报告腔增强发射的SnV $^{\,\textrm{-}}$中心的金刚石。我们将SnV $^{\,\textrm{-}}$中心集成到一维光子晶体谐振器中，并观察到发射强度增加了40倍。耦合系统的Purcell因子为25，导致大部分光子（$90\%$）进入腔模。我们的研究结果铺平了道路的基础上SnV $^{\,\textrm{-}}$中心的金刚石有效的，可扩展的自旋光子接口的创建。
2021-02-23 cond-mat.mes-hall physics.optics quant-ph
Cavity-assisted resonance fluorescence from a nitrogen-vacancy center in diamond
针对金刚石氮-空位中心相干光子发射占比低的问题，将其耦合到开放式光学微腔，实现相干发射速率超现有四倍，可大幅提升纠缠成功率并推动量子光学技术应用。
2024-03-07 physics.optics quant-ph
Quantum optics with diamond color centers coupled to nanophotonic devices
我们回顾了最近的进展，实现量子网络的基础上原子状的固态量子发射器耦合到纳米光子器件。具体来说，我们专注于实验涉及带负电荷的硅空位的钻石色心。这些发射器结合了均匀、相干的光学跃迁和长寿命的电子自旋量子存储器。我们讨论了该系统在低温下的光学和自旋特性，并描述了硅空位中心耦合到纳米光子器件的实验。最后，我们讨论了实验证明量子非线性在单光子水平和双发射器纠缠在一个单一的纳米光子器件。
2017-12-18 physics.optics quant-ph
Optical hyperpolarization of heteronuclear spin singlet order in liquids
涉及耦合的自旋对-1/2的核自旋单线态阶可以用于在室温液体中存储核自旋超极化，时间比自旋-晶格弛豫时间$T_1$长得多。这两个观测结果都是关于长寿命的同素和异素自旋单重态序。虽然超极化单重态有序的同类是可以获得的，超极化异序自旋单重态有序尚未提出。在这里，我们表明超极化单重态顺序是可实现的样品中的$^{13}$ C-标记的甲酸溶液在室温下通过使用光学偏振的氮空位（NV）中心自旋纳米金刚石。
2021-06-01 quant-ph
Qubit-qudit entanglement transfer in defect centers with high-spin nuclei
University of Konstanz（康斯坦茨大学）
研究提出在缺陷中心积累长寿命量子元间纠缠的方案，利用超精细相互作用的伊辛分量将纠缠转移到任意维度存储量子元，当\(d\)为2的整数幂时可确定性产生最大纠缠，适用于多个候选系统。
2026-07-10 quant-ph
Tunable and Transferable Diamond Membranes for Integrated Quantum Technologies
钻石中的色心在量子技术中被广泛用作量子比特。然而，在器件异质结构中这些金刚石托管量子位的有效和高效集成方面仍然存在挑战。在这里，纳米级厚的均匀金刚石膜是通过“智能切割”和同位素（12 C）纯化的过度生长合成的。这些膜具有可调的厚度（证实为50 nm至250 nm），可确定地转移，具有双边原子平坦表面（Rq <= 0.3 nm）和体金刚石样结晶度。色心的合成是通过植入和原位生长掺入。在110 nm厚的膜，个别锗空位（GeV-）中心表现出稳定的光致发光在5.4 K和平均光学跃迁线宽低至125 MHz。单个氮空位（NV-）中心的室温自旋相干性显示Ramsey自旋退相时间（T2*）和Hahn回波时间（T2）分别长达150 us和400 us。该平台能够将具有相干色心的金刚石膜直接集成到量子技术中。
2021-09-23 physics.app-ph quant-ph
Optimal Two-Qubit Gates for Group-IV Color-Centers in Diamond
Peter Grünberg Institute-Quantum Computing Analytics (PGI-12), Forschungszentrum Jülich GmbH（于利希研究中心）；Theoretical Physics, Saarland University（萨尔兰州立大学）；Institute for Quantum Optics, Ulm University（乌尔姆大学）
本文研究了在钻石IV族掺杂色心中实现高速稳健的电子自旋与核自旋门的操作策略，通过量子最优控制方法实现了超过99.9%保真度的双量子位门。
2026-04-13 quant-ph
Transform-limited photons from a coherent tin-vacancy spin in diamond
将相干光跃迁耦合到长寿命自旋量子比特的固态量子发射器对于量子网络是必不可少的。在这里，我们报告在金刚石纳米结构中的单个锡空位（SnV）中心的自旋和光学性质。通过低温磁光和自旋光谱，我们验证了反转对称的电子结构的SnV，确定自旋守恒和自旋翻转的过渡，表征过渡线宽，测量电子自旋寿命和评估的自旋退相时间。我们发现，即使在纳米结构的光学跃迁是一致的辐射寿命限制。自旋寿命是声子限制的，具有指数温度标度，导致$T_1$ $>$ 10 ms，并且相干时间$T_2$在冷却到2.9 K时达到核自旋浴极限。这些自旋性质超过了其他反转对称色心，类似的值需要毫开尔文温度。SnV结合了相干光跃迁和长自旋相干性而无需稀释制冷，是一种有前途的候选者，可用于可扩展的量子网络应用。
2020-01-06 cond-mat.mes-hall quant-ph
Long-lived coherences in strongly interacting spin ensembles
本文在稠密NV中心金刚石系综中使用类CPMG脉冲序列，揭示非理想旋转偏置通过线性有效场保护长寿命相干性，并据此定量表征无序、偶极相互作用及自旋物种密度。
2023-09-27 quant-ph
Large-scale integration of near-indistinguishable artificial atoms in hybrid photonic circuits
开发量子计算机和远程量子网络的一个核心挑战在于在许多可单独控制的量子比特之间分配纠缠。钻石中的颜色中心已经成为领先的固态“人造原子”量子比特，能够按需远程纠缠，相干控制超过10个具有分钟长相干时间的辅助量子比特，以及增强记忆的量子通信。关键的下一步是将大量的人造原子与光子结构集成，以实现大规模的量子信息处理系统。到目前为止，这些努力一直受到量子位不均匀性，低器件产量和复杂器件要求的阻碍。在这里，我们介绍了一个高产量的异质集成的“量子微芯片”（QMCs）-金刚石波导阵列含有高度相干的颜色中心-与氮化铝（AlN）的光子集成电路（PIC）的过程。我们的工艺能够在PIC中开发72通道无缺陷锗空位（GeV）和硅空位（SiV）色心阵列。光致发光光谱揭示了GeV（SiV）发射体的54 MHz（146 MHz）的长期稳定和窄的平均光学线宽，接近32 MHz（93 MHz）的寿命限制线宽。此外，单个量子位中的不均匀性可以通过超过100 GHz的光频率的集成调谐来原位补偿。将大量几乎不可区分的人造原子组装成相位稳定的PIC的能力为多路复用量子中继器和通用量子计算机提供了一种架构。
2019-11-13 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
Engineering Long-Lived Collective Dark States in Spin Ensembles
混合微波系统中的电子自旋系综是未来量子技术的强大且多功能的组件。具有高存储容量的量子存储器就是这样一个例子，它需要长寿命的状态，这些状态可以在非均匀加宽的系综内被一致地寻址和操纵。这种加宽对于真正的多模存储器是必不可少的，但会引起相当大的自旋退相，并且与腔界面的耗散一起对存储器的存储时间构成约束。在这项工作中，我们将展示如何克服这两个限制，通过工程的长寿命的暗态在一个合奏的电子自旋托管的氮空位中心在钻石。通过将窄光谱空穴烧成与超导微波腔强耦合的自旋系综，我们观察到长寿命的拉比振荡，其具有高可见度和衰减率，比自旋系综线宽小40倍，从而比纯腔耗散率低3倍以上。这种显著的降低不辜负混合器件比其单个子组件性能更好的承诺。为了证明我们的方法的潜力，我们实现了第一步的固态微波自旋多路复用器的工程多个长寿命的暗态。我们的结果表明，在我们的实验中，我们可以完全进入“消相干自由”子空间，并选择性地制备保护态的光谱烧孔。这项技术为真正长寿命的量子存储器、固态微波频率梳、光微波量子换能器和自旋压缩态开辟了道路。我们的方法还为一类新的腔QED实验铺平了道路，这些实验具有密集的自旋系综，其中偶极自旋-自旋相互作用变得重要，并且多体现象将在芯片上直接访问。
2015-12-01 cond-mat.mes-hall quant-ph
A Phononic Bus for Coherent Interfaces Between a Superconducting Quantum Processor, Spin Memory, and Photonic Quantum Networks
介绍了一种通过压电换能器连接的声学总线实现超导微波量子比特与固态人工原子的基态自旋系统之间的高保真量子态转换的方法。应用目前的实验参数超导电路量子比特和金刚石硅空位中心在一个优化的声子腔，我们估计量子态转换保真度超过99\%，在MHz尺度的带宽。通过结合超导电路量子计算和人造原子的互补优势，混合架构提供高保真量子比特门，其具有长寿命量子存储器、高保真测量、大量子比特数、可重构量子比特连接以及通过光量子网络的高保真状态和门隐形传态。
2020-03-18 quant-ph
Three-dimensional solid-state qubit arrays with long-lived spin coherence
硅晶体管的三维阵列增加了比特的密度。固态量子比特要大得多，因此可以从使用第三维中受益更多，因为有用的容错量子计算将需要至少10万个物理量子比特，甚至可能是10亿个。在这里，我们使用激光写入在金刚石中创建氮空位中心（NVC）量子位的3D阵列。这将允许500万个量子位在商业上可用的4.5x4.5x0.5 mm金刚石内，基于每个NVC的五个核量子位，并允许每个NVC的$(10 μm)^3$为我们的激光写入电气控制留下空间。我们测量的自旋相干时间比以前的激光写入量子比特长一个数量级，至少与非激光写入的NVC一样长。与NVC量子计算一样，量子通信和纳米级传感也可以从同一平台中受益。我们的方法也可以扩展到金刚石和碳化硅中的其他量子位。
2018-07-10 cond-mat.mtrl-sci physics.optics quant-ph
Phonon networks with SiV centers in diamond waveguides
我们提出并分析了一种新的实现固态量子网络，其中分离的硅空位中心耦合通过声子模式的准一维金刚石波导。在我们的方法中，编码在长寿命电子自旋态中的量子态可以被转换成传播的声子波包，并被遥远的缺陷中心有效地重吸收。我们的分析表明，在现实条件下，这种方法可以在芯片级自旋量子比特网络中实现高保真，可扩展的量子通信协议。除了量子信息处理，这种设置构成了一个新的波导QED平台，在那里固态缺陷和单个传播声子之间的强耦合效应可以在量子水平上进行探索。
2018-01-05 quant-ph
Spectroscopy of photoionization from the $^1E$ singlet state in nitrogen$-$vacancy centers in diamond
本文通过光致发光场猝灭效应测量金刚石NV中心单重态与三重态之间的能隙，发现温度依赖性电离阈值，将单重态定位在金刚石带隙内。
2024-02-26 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph physics.comp-ph
Tunable Gyromagnetic Augmentation of Nuclear Spins in Diamond
固体中的核自旋由于小的旋磁比而表现出长的相干时间。这种弱的环境耦合是以缓慢的量子门操作为代价的，对于量子信息处理和传感中的许多应用来说，量子门操作应该尽可能快。在这项工作中，我们使用金刚石中的氮空位（NV）中心探测金刚石晶格中的暗顺磁氮缺陷（P1中心）内的核自旋。P1核自旋的旋磁比通过与电子自旋的超精细耦合而增强，从而大大增强了与射频控制场的耦合。然后，我们证明，这种效果可以通过外部磁场的变化进行调谐。我们的工作确定了我们能够实现暗核自旋快速量子控制的制度，并为进一步研究在室温下快速控制长寿命自旋量子比特奠定了基础。
2021-09-28 quant-ph
High-Fidelity Single-Shot Readout and Selective Nuclear Spin Control for a Spin-1/2 Quantum Register in Diamond
Institute for Quantum Optics, Ulm University（乌尔姆大学量子光学研究所）
本文提出将金刚石中的锗空位（GeV）中心作为量子网络节点，利用相关光谱学在复杂自旋环境中实现单个核自旋的间接控制，并演示了GeV中心与邻近13C核自旋的高保真度单次读出，为前馈纠错和大规模电-核寄存器构建奠定基础。
2025-11-03 quant-ph
Delayed entanglement echo for individual control of a large number of nuclear spins
利用固态缺陷的单电子实现对单个核自旋的量子控制和检测的方法在量子信息处理和纳米级核磁共振（NMR）中起着核心作用。然而，使用标准技术，已经解决了不超过8个核自旋。在这里，我们开发了一种方法，显着提高了光谱分辨核自旋的能力，并通过使用氮空位（NV）中心作为模型系统的详细数值模拟来证明其能力。基于延迟纠缠控制，结合微波和射频场的技术，传感电子可以明确和单独地寻址具有宽频带共振的原子核，并且通过使用长寿命量子比特存储器，光谱分辨率可以扩展到电子自旋弛豫时间之外。我们的方法大大增加了缺陷中心可访问的有用寄存器量子位的数量，并改善了纳米级NMR的信号。
2016-04-19 quant-ph
Spin bath mediated long-lived coherent oscillations of NV centers in diamond
Bennett University（贝内特大学）；IIT Madras（印度理工学院马德拉斯分校）；Technische Universität Dortmund（多特蒙德工业大学）；Center For Quantum Information, Communication And Computing, IIT Madras（印度理工学院马德拉斯分校量子信息、通信与计算中心）；London center for Nanotechnology, UCL（伦敦纳米技术研究中心，伦敦大学学院）；SIAS, Krea University（克里亚大学SIAS学院）
利用自旋浴与NV电子-核自旋在能级反交叉处的多体相互作用，实现了长寿命相干振荡，振荡频率稳定且相干时间比平行磁场方向长2-3倍。
2026-08-26 cond-mat.mes-hall quant-ph
Quantum network nodes based on diamond qubits with an efficient nanophotonic interface
量子网络需要由具有高保真量子处理和存储能力的固定寄存器组成的功能节点，其与在光纤中传播的光子有效地接口。我们报告了使用具有嵌入式硅空位（SiV）色心和近端核自旋的金刚石纳米腔实现此类节点的重要一步。具体而言，我们表明，有效的SiV腔耦合（与协同性$C >30$）提供了一个近乎确定性的光子和电子自旋存储器之间的接口，具有超过一毫秒的相干时间。采用相干微波控制，我们展示了预示单光子存储在长寿命的自旋存储器以及一个通用的控制腔耦合的两个量子位寄存器组成的SiV和近端$^{\mathrm{13}}$ C核自旋与近秒长的相干时间，奠定了基础，实现量子中继器。
2019-08-01 quant-ph
Microwave-based quantum control and coherence protection of tin-vacancy spin qubits in a strain-tuned diamond membrane heterostructure
针对金刚石锡空位中心（SnV）自旋缺乏高效微波控制、高温下相干性退化的问题，研究人员利用均匀应变金刚石膜的轨道混合效应，实现了高保真微波自旋控制与毫秒级相干保护，4K下相干时间显著提升且光学相干性不受温度影响，为量子技术提供了理想自旋-光子界面平台。
2023-10-06 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci quant-ph
Fast Room-Temperature Phase Gate on a Single Nuclear Spin in Diamond
由于与环境的弱耦合，核自旋支持长寿命的量子相干性，但是由于小的核磁矩，使用核磁共振（NMR）难以快速控制。我们在金刚石中的氮空位（NV）中心固有的14 N核自旋量子比特上证明了~ 500 ns的快速核自旋相位门。相位门是通过超精细相互作用和电子自旋跃迁的非共振驱动来实现的。相位门的反复应用使核自旋与环境解耦，锁定自旋状态长达~ 140微秒。
2014-07-14 cond-mat.mes-hall quant-ph
Coherent Microwave Control of a Nuclear Spin Ensemble at Room Temperature
我们使用名义上禁止在金刚石中的氮空位（NV）中心的电子核自旋跃迁，以证明在室温下使用微波场的核自旋系综的相干操纵。我们表明，采用一个离轴磁场与一个适度的振幅（$\approx$ 0.01 T）在一个角度相对于NV自然量子化轴是足以倾斜的电子自旋的方向，并使有效的自旋交换与NV中心的氮原子核。然后，我们可以证明快速拉比振荡的电子-核自旋交换跃迁，相干布居捕获和极化的核自旋系综在微波制度。将NV中心的许多电子自旋耦合到它们的固有核提供了关于可控自旋的数量的完全可扩展性，并提供了转导的前景。特别是，该技术可应用于微波光子的长寿命存储和核自旋与机械振荡器在分辨边带制度的耦合。
2020-05-26 quant-ph
A quantum spectrum analyzer enhanced by a nuclear spin memory
我们实现了一个双量子位传感器，旨在实现高光谱分辨率的量子传感实验。我们的传感器由一个主动的“传感量子位”和一个长寿命的“记忆量子位”，分别由金刚石中氮空位中心的电子和氮-15核自旋实现。使用状态存储时间高达45毫秒，我们展示了外部交流信号的光谱与线宽为19 Hz（~2.9 ppm）和碳-13核磁共振（NMR）信号的线宽为190 Hz（~ 74 ppm）。与没有核存储器的测量相比，这表示光谱分辨率提高了100倍。
2016-10-11 cond-mat.mes-hall quant-ph
Multicone Diamond Waveguides for Nanoscale Quantum Sensing
本文通过将单个NV中心耦合到优化的多锥金刚石纳米柱波导结构，提高了荧光收集效率，显著改善了光学自旋读出的信噪比，并兼容长工作距离光学系统以提升扫描空间分辨率。
2023-06-05 quant-ph
Hybrid dynamical decoupling and coherent driving for high-fidelity nuclear-spin control in diamond
Korea Institute of Science and Technology（韩国科学技术院）
针对金刚石中核自旋控制的局限，提出混合动力学解耦与射频控制方法，在高保真度下降低射频功率与门时长，扩大了量子存储器和处理器的可访问核自旋寄存器规模。
2026-08-24 quant-ph
All-optical coherent population trapping with defect spin ensembles in silicon carbide
碳化硅中的双空位缺陷具有长寿命的电子自旋态和尖锐的光学跃迁，其性质类似于金刚石中的氮空位缺陷。我们报道了在4 H-SiC上研究自旋态零声子线跃迁的全光寻址实验。我们的磁谱结果确定了自旋$S=1$结构的基态和激发态，并通过系统间交叉衰变的作用。我们使用这些结果证明相干布居捕获的自旋态与双空位合奏，具有特定的方向在SiC晶体。
2014-11-06 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci quant-ph
Depolarization dynamics in a strongly interacting solid-state spin ensemble
我们研究了金刚石中氮空位中心的偶极相互作用自旋的稠密系综的去极化动力学。我们观察到异常快速，密度依赖，和非指数自旋弛豫。为了解释这些观察结果，我们提出了一个微观模型，其中长程相互作用，无序和耗散的相互作用导致预测与当前和先前的实验结果定量一致。我们的研究结果铺平了道路的控制多体实验与长寿命和强相互作用的合奏固态自旋。
2016-10-18 cond-mat.dis-nn cond-mat.mes-hall cond-mat.stat-mech
Entanglement of Nanophotonic Quantum Memory Nodes in a Telecom Network
该研究构建了基于纳米光子金刚石腔SiV中心多量子比特寄存器的双节点量子网络，结合腔增强相互作用、自旋-光子纠缠门及电信频段频率转换，实现了经城市光纤链路的长寿命核自旋存储器纠缠，推动实用量子中继器与大规模量子网络发展。
2024-05-15 quant-ph
