Hadamard NMR spectroscopy for two-dimensional quantum information processing and parallel search algorithms
阿达玛光谱学早期曾被用于加速多维核磁共振实验。在这项工作中，我们加快了二维量子计算计划，通过使用阿达玛光谱在间接的维度，导致在一个计划，这是更快的，只需要在直接维度的傅立叶变换。两个和三个量子位的量子门的实现与一个额外的观察者量子位。我们还使用一维阿达玛光谱二进制信息存储的空间编码和实施的并行搜索算法。
2006-09-08 quant-ph
Algorithmic Cooling in Liquid State NMR
量子冷却是一种利用热化来提高量子比特纯化水平的方法，即它降低了量子比特系统的熵。利用梯度上升脉冲工程（GRAPE）这一最优控制算法，实现了液态核磁共振的算法冷却。将各种冷却算法应用于$^{13}$ C $_2$ -三氯乙烯的三个量子位，以几种不同的方式将系统冷却到香农熵界限之外。特别是，在一个实验中，碳量子比特被冷却了4.61倍。这项工作是一个潜在的整合工具的核磁共振量子计算到体内磁共振光谱学的一步。
2015-11-08 quant-ph
Confined nano-NMR spectroscopy using NV centers
具有氮空位中心的纳米NMR光谱具有提供微小样品的高分辨率光谱的潜力。这可能对化学、医学和制药工程产生重要影响。该技术面临的主要障碍之一是非极化液体样品的扩散加宽了谱线，从而限制了分辨率。因此，该领域的实验受到实现样品的高偏振的努力的阻碍，这是一项具有挑战性的努力。在这里，我们研究的情况下，液体被限制在一个小的体积。我们表明，限制“抵消”扩散的影响，从而克服了NV-NMR光谱仪的分辨能力的主要障碍。
2020-06-22 quant-ph
Many-particle Entanglement in Multiple Quantum NMR Spectroscopy
我们使用多量子（MQ）核磁共振动力学的气体中的自旋携带分子在纳米腔在高和低的温度下的多粒子纠缠的调查。MQ NMR强度的分布在高和低的温度下在201自旋1/2的系统中获得。该分布的二阶矩提供了量子费舍尔信息的下界，揭示了系统中的多粒子纠缠。研究了多粒子纠缠度与温度的关系。几乎所有的自旋都在低温下纠缠。
2020-01-28 quant-ph
Proposal for Quantum Sensing Based on Two-Dimensional Dynamical Decoupling: NMR Correlation Spectroscopy of Single Molecules
核磁共振（NMR）具有巨大的应用。二维核磁共振是表征原子核和分子结构之间相关性的基本技术。为了实现单分子核磁共振的最终目标，动态去耦合（DD）增强金刚石量子传感使单核自旋和纳米级核磁共振的检测成为可能。然而，在基于DD的量子传感中仍然缺乏标准方法来表征单个分子中核自旋之间的相关性。在这里，我们提出了一种基于二维DD的量子传感方案，作为一种通用的单分子相关光谱方法。我们设计了由两组不同周期的周期DD序列组成的二维DD序列，它们可以独立设置以匹配两个不同的共振DD跃迁频率。我们发现，在共振DD条件下，传感器相干斑图作为两个独立的DD双光子脉冲数的函数，可以完全确定核自旋跃迁之间不同类型的关联。这项工作提供了一个系统的方法，相关光谱的单分子NMR。
2016-11-24 quant-ph
Stochastic Resonance and Nonlinear Response by NMR Spectroscopy
我们重新审视了量子随机共振现象的有效性的布洛赫方程的制度。我们发现，一个随机共振行为的系统的稳态响应是存在的噪声诱导的松弛动力学的特点是通过一个单一的松弛时间尺度。这张照片被一个简单的水中核磁共振实验所证实。
2000-01-26 quant-ph
Observations of Quantum Dynamics by Solution-State NMR Spectroscopy
核磁共振正在成为研究量子力学基础问题的一个有价值的实验平台。本文概述了一类混合态的制备，称为伪纯态，模仿纯量子态在高度混合的环境中通常用于描述溶液状态NMR样品。它还描述了自旋1/2核中旋量行为的NMR观察，使用磁场梯度模拟波函数崩溃，创建纠缠（或贝尔）伪纯态，并简要讨论了量子计算逻辑门，包括量子傅立叶变换。这些实验表明，液态核磁共振可以用来证明量子动力学的水平适合实验室练习。
1999-06-18 quant-ph
Coherent ultrafast core-hole correlation spectroscopy: x-ray analogues of multidimensional NMR
本文提出用二维X射线相干相关谱（2DXCS）研究核-电子跃迁和价跃迁之间的相互作用。这种技术可能会发现在未来的实验应用时，非常高强度的X射线源变得可用。通过改变脉冲之间的两个延迟周期获得的光谱显示由两种不同类型的核心跃迁耦合引起的非对角交叉峰。N1s和O 1 s信号的氨基苯酚异构体的计算说明如何新的信息多体效应的电子结构和分子的激发可以从这些光谱中提取。
2007-08-29 quant-ph
NMR spectroscopy and computing beyond myth and fiction
唯一让我感到羞耻的疯狂。
2011-09-26 nucl-th quant-ph
The measurement problem in liquid NMR quantum computers
针对液体NMR量子计算机的测量问题，采用QSD理论分析发现统计涨落导致长时间测量的磁矩值与噪声相当，提出缩短测量时间以区分信号与噪声的方案。
2025-02-20 physics.ins-det quant-ph
Liquid State NMR as a Test-bed for Developing Quantum Control Methods
在构建量子信息处理器（QIP）时，挑战在于相干地控制大型量子系统以足够好地执行任意量子算法，并且能够校正由退相干引起的误差。核磁共振（NMR）量子干涉仪提供了一个很好的测试平台，可以用来开发和测试控制量子系统的工具和技术。在设计控制方法时要考虑的两个主要问题是精度和效率，到目前为止，已经开发了两种互补的方法来用液态NMR方法控制量子位寄存器。第一个应用最优控制理论数值优化控制领域，实现高保真度的低维系统上的酉操作。第二种技术是基于一系列不完美的控制元件的有效优化，使一个完整的量子算法的实施是可能的，同时最大限度地减少误差积累。本文总结了我们在实现这两种方法时所做的工作。此外，我们表明，一起，它们形成了一个基础，设计量子控制方法的块结构QIP，使大系统的大小是不是一个障碍，实现最优控制技术。
2008-03-13 quant-ph
Principles and Demonstrations of Quantum Information Processing by NMR Spectroscopy
本文综述了近年来我们在核磁共振（NMR）谱处理量子信息方面的研究进展。我们首先介绍了几何的NMR的合奏不可区分的自旋，然后显示如何将这种几何解释包含在一个代数的多自旋产品运营商。在本文的其余部分中，我们将使用这个代数来证明它提供了一个简单的框架，在这个框架内可以更普遍地研究量子信息处理。通过NMR实现量子算法取决于特殊类型的混合态（称为伪纯态）的可用性，我们考虑了许多不同的方法来制备这些状态，并分析了它们如何随自旋数而变化。涉及这种宏观伪纯态的过程的量子力学性质也是一个有争议的问题，为了讨论这个问题的具体条款，我们提出了核磁共振实验的结果，构成了一个宏观模拟哈代悖论。最后，一个详细的产品运营商的描述给出了最近的NMR实验，证明了一个三位量子纠错码，使用场梯度来实现一个精确已知的退相干模型。
1999-07-03 quant-ph
Hyperpolarization-enhanced NMR spectroscopy with femtomole sensitivity using quantum defects in diamond
核磁共振（NMR）光谱是化学分析和分子结构鉴定的广泛使用的工具。因为它通常依赖于由小的热核自旋极化产生的弱磁场，NMR与其他分析技术相比具有较差的分子数灵敏度。最近，一类新的NMR传感器的基础上，光学探测的氮空位（NV）在金刚石量子缺陷允许分子光谱从样品体积几个数量级小于最敏感的电感检测器。然而，迄今为止，NV-核磁共振仪只能观察到来自纯的、高浓度样品的信号。为了克服这一限制，我们引入了一种技术，结合皮升级NV-NMR与完全集成的奥弗豪泽动态核极化（DNP）进行高分辨率光谱的各种小分子在稀溶液中，与毫微微摩尔的灵敏度。我们的技术推进了药物和天然产物发现，催化研究和单细胞研究的质量限制NMR光谱学。
2018-10-04 physics.app-ph quant-ph
NMR Quantum Computation: a Critical Evaluation
液态核磁共振（NMR）技术在构建小型量子计算机方面取得了一些惊人的成功，并且NMR是目前量子计算的领先技术。然而，任何扩大技术规模以生产任何有用尺寸的计算机的尝试都存在许多重大问题。虽然在未来几年中，这些问题中的一些可能会被成功地回避，但它们不太可能全部被解决;因此，目前的液态NMR技术不太可能为实际的量子计算提供可行的技术。
2000-02-28 quant-ph
Hadamard Products of Product Operators and the Design of Gradient-Diffusion Experiments for Simulating Decoherence by NMR Spectroscopy
本文介绍了NMR乘积算符形式的一种推广，它用Hadamard矩阵乘积来描述许多简单的自旋1/2弛豫过程。这种形式主义的效用说明推导NMR梯度扩散实验模拟几个感兴趣的退相干模型在量子信息处理，以及他们的Lindblad和Kraus表示。还描述了几个更复杂的形式的退相干，包括著名的集体各向同性模型的被动扩散实验。最后，它表明，阿达玛形式主义给出了一个简洁的表示与任意相关的消相干的波动场在不同的自旋参与，这可以应用到消相干（T2）以及非绝热弛豫（T1）过程。
2000-12-21 quant-ph
Enhanced microscale NMR spectroscopy of low-gyromagnetic ratio nuclei via hydrogen transfer
提出利用NV中心和氢转移增强低旋磁比核微尺度核磁共振波谱灵敏度的方法，实现化学位移和J耦合检测，灵敏度提升超一个数量级。
2025-06-19 quant-ph
The impact of noise on the simulation of NMR spectroscopy on NISQ devices
本文在 IBM 与 IonQ Aria 云量子平台上模拟小型有机分子 NMR 光谱，分析噪声影响并提出可由保真度指标计算的有效退相干率，以确定算法噪声容忍阈值。
2025-10-20 quant-ph
Electron-electron double resonance detected NMR spectroscopy using ensemble NV centers at 230 GHz and 8.3 Tesla
氮空位（NV）中心使得在低磁场下的纳米级核磁共振（NMR）光谱的广泛研究成为可能。在高磁场下的核磁共振光谱显著提高了该技术的光谱分辨率，从而能够清楚地识别密切相关的化学物质。然而，NV检测的NMR通常使用通过电子自旋回波包络调制（ESEEM）的AC感测来执行，电子自旋回波包络调制是一种在高磁场下不可行的超精细光谱技术。在本文中，我们已经探索了NV检测NMR技术的高场NMR的应用。我们已经证明了光学检测磁共振（ODMR）与NV拉莫尔频率为230 GHz，在8.3特斯拉，对应于质子NMR频率为350 MHz。我们还演示了使用NV中心的电子-电子双共振检测NMR（EDNMR）的首次测量，并成功地检测到$^{13}C$核浴自旋。所描述的技术受纵向弛豫时间（$T_1$）限制，而不受横向弛豫时间（$T_2$）限制。该方法在8.3 T和更高磁场下进行外部自旋纳米级NMR的未来应用也进行了讨论。
2021-08-04 cond-mat.mes-hall quant-ph
Quantum Memory Enhanced Multipoint Correlation Spectroscopy for Statistically Polarized NMR
本研究提出一种结合相关光谱和量子异频检测的多点相关光谱法，用于提高统计极化纳米尺度核磁共振的灵敏度和测量效率。
2025-12-17 quant-ph
Structural analysis of nuclear spin clusters via two-dimensional nanoscale nuclear magnetic resonance spectroscopy
二维核磁共振（NMR）在分子结构测定中是必不可少的。金刚石中的氮空位（NV）心被认为是实现纳米尺度核磁共振的一种优秀的量子传感器。在这项工作中，我们开发了一个计划的基础上的NV中心的量子控制的二维纳米级NMR光谱。我们对金刚石中两个耦合的$^{13}$ C核自旋的靶进行了原理验证实验。该方法利用类COSY序列进行时域数据采集，然后利用快速傅立叶变换（FFT）将数据转换到频域。利用二维核磁共振谱，可以分辨出核自旋集合的结构和位置。这项工作标志着解决单个分子结构的基本步骤。
2019-06-10 quant-ph
Large circuit execution for NMR spectroscopy simulation on NISQ quantum hardware
本研究利用NISQ量子硬件和误差抑制技术，实现了高场域下34个自旋系统的1D NMR光谱模拟，显著降低量子噪声并提升计算精度。
2025-12-16 quant-ph
Nuclear Magnetic Resonance Quantum Computing Using Liquid Crystal Solvents
液晶作为用于核磁共振量子计算（NMRQC）的分子的溶剂提供了几个优点。在由液晶定向的分子的NMR谱中显示的核自旋之间的偶极耦合允许时钟频率的显著增加，而短的自旋-晶格弛豫时间允许算法的快速循环，并且节省校准和信号增强实验的时间。此外，液晶溶剂的使用以适合于NMRQC的自旋承载分子的扩展库的形式提供了可扩展性。这些想法被证明与成功执行的2-qubit格罗弗搜索使用分子（$^{13}$ C $^{1}$ HCl $_3$）在液晶和时钟速度比在各向同性溶剂中大8倍。也许更重要的是，使用液晶溶剂可以在相干时间内执行五倍的逻辑运算。
1999-12-12 quant-ph
Advances in nano- and microscale NMR spectroscopy using diamond quantum sensors
量子技术在过去几年中发展迅速。尽管量子传感器经常被量子计算所掩盖，但它在化学和生物学领域的广泛应用中显示出巨大的潜力。有一个系统特别突出：金刚石中的氮空位（NV）中心，一个原子大小的传感器，允许检测核磁共振（NMR）信号，其长度前所未有地缩小到单个质子。在这篇文章中，我们回顾了基于NV中心的量子传感的基本原理及其对纳米到微米尺度NMR光谱的显著影响。此外，我们强调并讨论了这种新技术未来可能的应用，包括能源研究，材料科学或单细胞生物学，以及这些快速发展的NMR传感器的相关挑战。
2022-05-27 physics.chem-ph quant-ph
Models of liquid-sample confinement for nanoscale NMR
Universidad Politécnica de Cartagena（卡塔赫纳理工大学）；Hebrew University of Jerusalem（耶路撒冷希伯来大学）
本文针对纳米尺度 NMR 中扩散噪声掩盖长时程次级噪声的问题，首次详细建模并分析样品约束下的表面相互作用与孔隙率噪声及其实验影响。
2026-11-03 cond-mat.mes-hall quant-ph
J-coupling NMR Spectroscopy with Nitrogen Vacancy Centers at High Fields
本文提出一种在高磁场下利用金刚石氮空位中心获取同核与异核J-耦合的核磁共振方案，通过噪声过滤抑制样品退相干，获得仅含高分辨率J-耦合特征的清晰谱图。
2024-10-04 quant-ph
Single molecule NMR detection and spectroscopy using single spins in diamond
利用金刚石中的氮空位（NV）中心进行纳米磁性测量，由于具有室温操作、纳米级分辨率和高灵敏度的综合特性，引起了人们极大的兴趣。纳米磁测量的重要目标之一是能够检测单个分子中的纳米级核磁共振（NMR）。我们的理论分析表明，如何在金刚石表面的单个分子，与特征的NMR频率，可以检测到使用一个接近NV中心的时间尺度上的顺序秒与纳米精度。我们执行时空分辨率优化，并概述了更高灵敏度的路径。此外，该方法适用于在低和相对不均匀的背景磁场中的应用，与传统的液态和固态NMR光谱相比。
2013-07-31 cond-mat.mes-hall quant-ph
Randomized benchmarking of single and multi-qubit control in liquid-state NMR quantum information processing
能够量化所提出的实现量子信息处理器（QIP）的设备中的相干控制的水平对于比较不同的设备和评估设备关于实现容错量子控制的前景都是重要的任务。我们在液态核磁共振QIP中实施Knill等人提出的随机基准测试方案（PRA 77：012307（2008））。我们报告了具有单个量子位QIP的$1.3 \pm 0.1 \times 10^{-4}$的每个随机化$\fracπ{2}$脉冲的错误，并且示出了实验相关的错误模型，其中随机化基准测试给出了签名保真度衰减，其不可能被解释为每个门的单个错误。我们探索和实验研究多量子比特扩展的协议，并报告了一个和两个量子比特门的$4.7 \pm 0.3 \times 10^{-3}$的三个量子比特QIP的平均错误率。我们估计，这些错误率仍然没有退相干限制，因此可以通过修改控制硬件和软件来改善。
2008-08-28 quant-ph
NMR Based Quantum Information Processing: Achievements and Prospects
核磁共振（NMR）提供了一个实验设置，探索物理实现的量子信息处理（QIP）。在这里，我们介绍了理解应用核磁共振QIP的基本背景，并解释他们目前的成功，局限性和潜力。核磁共振波谱学以其丰富的自旋动力学的各种相干操纵而闻名。来自液态NMR光谱学的想法和仪器已被用于QIP实验。这种方法已经将该领域的复杂性提高到大约10个量子比特，这对于量子计算来说是一个很小的数字，但对于观察和更好地理解量子世界的复杂性来说足够大。虽然液态NMR是目前唯一一种即将达到这一数量量子位的技术，但复杂性的进一步增加将需要新的方法。我们勾勒出一个方向，通向一个可扩展的量子计算机使用自旋1/2粒子。下一步是基于固态NMR的QIP，能够达到10-30量子比特。
2000-04-27 quant-ph
High-Resolution NMR Spectroscopy at Large Fields with Nitrogen Vacancy Centers
本研究提出一种利用氮空位（NV）中心在高磁场下实现高分辨率NMR光谱的方法，通过将能量偏移映射到核自旋信号振幅并交替自由进动期，克服了NV传感器与高频核信号耦合的难题。
2023-04-03 quant-ph
Liquid state NMR simulations of quantum many-body problems
最近开发的量子算法表明，原则上，量子计算机可以比经典计算机更有效地解决物理系统模拟等问题。要将这些概念性的想法应用到实际的量子计算机中，还有很多工作要做。作为一个小规模的演示他们的能力，我们模拟了一个简单的多费米子问题，Fano-Anderson模型，使用液态核磁共振（NMR）。我们仔细设计了我们的实验，以便资源需求将随着要模拟的量子系统的大小而多项式地增加。实验结果使我们能够评估在这类实验中达到的量子控制程度的极限。对具有不同粒子统计的其它物理系统的模拟也进行了讨论。
2004-10-13 cond-mat.other quant-ph
Bounds on the entanglability of thermal states in liquid-state nuclear magnetic resonance
混合态纠缠在液态核磁共振（NMR）量子计算中的作用还没有得到很好的理解。特别是，尽管用NMR成功地处理了量子信息，但最近的工作表明，在大多数这些实验中使用的量子态并不纠缠。这是因为从热平衡态通过幺正变换得到的这些态太接近最大混合态。因此，我们的动机，以确定是否一个给定的NMR状态是纠缠-也就是说，是否存在一个酉变换，纠缠的状态？可纠缠和不可纠缠热态之间的边界是自旋系统尺寸$N$及其温度$T$的函数。我们提供了新的边界上的位置，使用分析和数值方法，我们最紧密的约束尺度为$N \sim T$，给出了一个下限，需要至少$N \sim 22,000$质子自旋，以实现在典型的实验室NMR磁场的纠缠热状态。这些界限比已知的有效纯态的纠缠性界限更严格。
2004-09-25 quant-ph
Heteronuclear Polarization Transfers Between Spin-locked and Anti-Longitudinal Spin States in the NMR of Liquids and Spinning Solids
Weizmann Institute of Science（魏茨曼科学研究所）
研究探讨了在粉末核磁共振和溶液核磁共振中，通过二阶平均哈密顿量实现非等价耦合丰度自旋间的极化转移，展示了自旋锁定极化与反纵向磁化态的振荡转换过程。
2026-04-18 quant-ph
NMR Quantum Information Processing and Entanglement
在本文中，我们讨论了量子信息问题和最近的核磁共振（NMR）实验。我们解释了为什么这些实验应该被视为量子信息处理（QIP），尽管事实上，在目前的液态NMR实验中，没有发现纠缠，我们评论这些实验如何有助于QIP的未来，包括量子计算机的电源的起源进行了简要的讨论。
2001-10-05 quant-ph
Solving the quantum search problem in polynomial time on an NMR quantum computer
量子搜索问题是一个重要的问题，因为一般的NP问题可以有效地解决一个unsorted量子搜索算法。这里已经表明，量子搜索问题可以在NMR量子计算机上在多项式时间内解决。NMR系综量子计算是基于量子力学幺正动力学，即封闭量子系统和它的系综都服从同一个量子力学幺正动力学，而不是基于经典NMR量子计算的伪纯态或有效纯态。基于这一新原理，我们发展了常规的NMR多量子谱，从实验上解决了搜索问题。首先将搜索问题的解信息加载到由预言机幺正操作和预言机无关幺正操作构造的幺正演化传播子上，用于激发自旋系综中的多重量子相干性.然后利用多量子光谱技术从实验上提取溶液信息.讨论了如何增强量子搜索核磁共振多量子脉冲序列的输出信号，并提出了一些增强核磁共振信号的方法。本文的工作将有助于常规高场核磁共振机有效地解决量子搜索问题。
2002-06-16 quant-ph
Robustness of quantum discord to sudden death in NMR
本文研究了液态核磁共振中两个量子比特的纠缠动力学和量子不和谐。应用弛豫过程下NMR的唯象描述，选取一组典型的NMR参数，证明了零初态$|00> $经历弛豫过程后，其纠缠在一系列所谓的突然死亡和复活后完全消失，而量子不和谐在一系列振荡后仍保持显著的值.也就是说，量子不和谐比纠缠更强大。
2011-06-01 quant-ph
High Resolution Magnetic Resonance Spectroscopy Using Solid-State Spins
我们展示了一个同步读出（SR）技术的振荡磁场与亚毫赫兹分辨率的光谱选择性检测，使用固态自旋的相干操纵。SR技术在基于金刚石中的氮空位（NV）中心的灵敏磁力计（~50皮特斯拉/Hz^（1/2））中实现，并且用于检测来自液态样品的核磁共振（NMR）信号。我们获得NMR光谱分辨率~3 Hz，这是近两个数量级窄于以前所证明的NV为基础的技术，使用的样品体积为~1皮升。这是NV检测NMR的第一个应用，以感测玻尔兹曼极化核自旋磁化，并首次观察化学位移和J耦合。
2017-06-14 quant-ph
Local Realistic Model for the Dynamics of Bulk-Ensemble NMR Information Processing
我们构建了一个局部真实的隐变量模型，描述了高达约12个核自旋的体系综NMR信息处理的状态和动力学。这样一个模型的存在排除了违反任何贝尔不等式，时间或以其他方式，在目前的高温，液态NMR实验。该模型没有提供有效的描述，因为隐变量的数量随着核自旋的数量呈指数增长。
2001-11-28 quant-ph
NMR molecular photography
描述了一种用于存储由分子系统的自旋状态中的32 × 32 = 1024位组成的2D图案并且然后检索所存储的信息作为NMR谱的堆叠的过程。所使用的系统是一种液晶液晶，其中的质子作为自旋团簇与强分子内相互作用。所使用的技术是一种可编程的低振幅多频照射。当将其应用于液晶时，可以激发出大量相干的长寿命1H响应信号，从而产生显示出许多具有可控频率和幅度的尖锐峰的光谱。通过使用具有90 °相移的第二弱脉冲来增强光谱分辨率，使得1024位信息可以被检索为再现输入图案的一组良好分辨的伪2D光谱。
2002-08-21 quant-ph
Quantum sensing-enabled deuterium NMR spectroscopy with nanoscale sensitivity at low magnetic fields
Technical University of Munich（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）；Diatope GmbH（迪亚托普有限公司）
本文利用钻石中的氮空位中心实现纳米级灵敏度的氘核磁共振光谱，在低磁场下实现了传统核磁共振无法达到的灵敏度和分子动态研究能力。
2026-04-28 physics.app-ph physics.chem-ph quant-ph
NMR Simulation of an Eight-State Quantum System
利用NMR模拟了激发沿一维原子链的传播。作为模拟量子计算机使用的物理系统是液晶矩阵中的133-Cs（自旋7/2）核。用一个特殊的7频脉冲模拟了迁移的哈密顿量，并通过跟踪粒子数从8个自旋能级之一向另一个能级的转移来监测动力学。
2001-01-05 quant-ph
Blueprint for nanoscale NMR
金刚石中的氮空位（NV）中心已被用作超灵敏磁力计，以在1 - 100 nm长度尺度下对统计极化样品进行核磁共振（NMR）光谱分析。然而，通过NV传感器相干时间和通过核通过检测体积的快速分子扩散，光谱线宽通常限于kHz水平，这反过来对于实现长的核相干时间是关键的。在这里，我们提供了一个蓝图的设置，结合了足够的灵敏度检测NMR信号从纳米到微米尺度的样品与光谱分辨率，仅限于核自旋相干，即与传统的NMR。我们的协议检测沿外部磁场的方向与近表面NV中心使用锁定检测技术，使相位相干信号平均诱导的核极化。使用NV中心的NMR检测器和光学超极化源的双重作用，以增加信噪比，并结合贝叶斯干涉模型的信号处理，纳米/微米级NMR光谱可以进行亚毫摩尔样品浓度，几个数量级优于目前的技术水平。
2017-06-21 quant-ph
Nanoscale NMR Spectroscopy and Imaging of Multiple Nuclear Species
核磁共振（NMR）和磁共振成像（MRI）是成熟的技术，可在不同的学科中提供有价值的信息，但目前仅限于宏观样品体积。在这里，我们展示了纳米级NMR光谱和成像环境条件下的样品含有多个核物种，使用氮空位（NV）的颜色中心作为传感器的钻石。与单一的，浅NV中心的金刚石芯片和样品放置在金刚石表面上，我们进行NMR光谱和一维MRI的几个纳米大小的样品含有$^1$ H和$^{19}$ F核。或者，我们采用高密度的NV层附近的金刚石芯片的表面，以证明宽场光学NMR光谱的纳米级样品含有$^1$ H，$^{19}$ F，和$^{31}$ P核，以及多物种的二维光学MRI与亚微米分辨率。对于暴露于空气中的所有金刚石样品，我们确定了一个无处不在的$^1$ H NMR信号，与金刚石表面上和置于金刚石上的任何样品下方的吸附烃或水的$\sim 1$ nm层一致。这项工作为纳米级NMR和MRI应用奠定了基础，例如单蛋白质的研究和亚细胞分辨率的功能生物成像，以及亚纳米分辨率的薄膜的表征。
2014-06-12 cond-mat.mes-hall physics.chem-ph quant-ph
Artificial Decoherence and its Suppression in NMR Quantum Computer
液态核磁共振量子计算机为量子计算提供了可能性，并为量子计算的发展提供了支持。利用核磁共振量子计算机技术，我们观察到了两种人工噪声场（一种是长周期的噪声，另一种是短随机周期的噪声）下的相位退相干。第一个模型在量子信道的退相干，而第二个模型的横向弛豫。我们证明了在这两种情况下，bang-bang控制抑制退相干。
2006-04-18 quant-ph
An NMR Analog of the Quantum Disentanglement Eraser
我们报道了在液态核磁共振量子信息处理器上实现的三自旋量子去纠缠擦除器。该实验的一个关键特征是使用脉冲磁场梯度来模拟投影测量。这种能力是朝着实验可控系统的发展迈出的重要一步，该系统可以模拟任何量子动力学，包括相干和退相干。
2001-04-26 quant-ph
Quantum Factorization of 143 on a Dipolar-Coupling NMR system
量子算法在解决因子分解问题时可能比经典算法快得多。绝热量子计算是Shor算法之外的另一种方法。本文提出了一种改进的绝热因子分解算法，并在偶极-偶极耦合的液晶NMR量子处理器上实现了对143的绝热因子分解。我们相信这是量子计算实现中考虑的最大数量，这表明了绝热量子算法的实际重要性。
2011-11-16 quant-ph
One- and two-dimensional N-qubit systems in capacitively coupled quantum dots
利用电容耦合量子点中的库仑阻塞效应可以构造具有反铁磁伊辛相互作用的N量子比特系统。从隧穿哈密顿量出发，我们从理论上证明了弱耦合量子点阵列的隧穿哈密顿量可以简化为核磁共振（NMR）谱的隧穿哈密顿量。量子操作仅通过施加电脉冲序列来进行。因此，在NMR光谱学和NMR量子计算机中开发的各种误差校正方法在不使用磁场的情况下是适用的。定量地讨论了N量子比特系统中一种可能的测量方案。
2001-09-04 quant-ph
Design and application of robust rf pulses for toroid cavity NMR spectroscopy
我们提出了强大的射频（rf）脉冲，容忍的因素，在B1场的不均匀性，显着提高了潜在的环形腔谐振器的NMR光谱应用。基于最优控制理论，采用梯度上升脉冲工程（GRAPE）算法对点到点（PP）和酉旋转（UR）脉冲进行了激励、反演和重聚焦优化。此外，应用于绝热BIR-4 UR脉冲方案的优化参数化（OP）算法实现了超短（50微秒）脉冲，与标准实现相比具有可接受的性能。OP还发现了一类新的非绝热脉冲形状，在BIR-4框架内具有改进的性能。然而，没有一个OP-BIR 4脉冲与更普遍优化的UR脉冲竞争。新脉冲的优点在模拟和实验中得到了证明。特别是，这里提出的DQF COSY结果代表了使用环形探针的2D NMR光谱的第一个实施。
2010-11-29 physics.chem-ph quant-ph
Nanoscale Solid-State Nuclear Quadrupole Resonance Spectroscopy using Depth-Optimized Nitrogen-Vacancy Ensembles in Diamond
体量子材料的核磁共振（NMR）和核四极共振（NQR）光谱学提供了对诸如量子相临界性、磁性和超导性等现象的洞察。随着具有磁性现象的纳米级2-D材料的出现，感应检测的NMR和NQR光谱学不足以灵敏地检测纳米材料中的较小数量的自旋。金刚石中的氮空位（NV）中心已经显示出将NMR和NQR光谱的分析能力带到纳米级的希望。然而，由于缺陷中心的深度依赖性形成效率、来自表面自旋的噪声、能带弯曲效应以及核磁场的深度依赖性，关于极化自旋的表面NMR的理想NV深度存在模糊性。在这项工作中，我们准备了一系列的浅NV系综层深度，并确定了理想的NV深度进行NMR光谱的偏振\fluorine{}在Fomblin油的金刚石表面。我们发现，使用XY 8-N噪声光谱实现SNR为3所需的测量时间在NV深度为5.4 nm处最小。为了证明NV系综的传感能力，我们对六方氮化硼薄片的\boron{}进行NQR光谱。我们比较我们最好的金刚石与以前的工作与一个单一的NV，发现这个合奏提供了一个较短的测量时间与激发直径小至4 $μ$ m。该分析为进一步的实验提供了理想的条件，这些实验涉及具有磁性的2-D材料的NMR/NQR光谱。
2021-12-29 cond-mat.mes-hall quant-ph
The $^{103}$Rh NMR Spectroscopy and Relaxometry of the Rhodium Formate Paddlewheel Complex
针对低旋磁比自旋1/2核NMR信号弱的难题，本研究以甲酸铑桨轮配合物为对象，建立通过氢核极化转移增强铑-103信号并抑制振铃伪影的方法，快速测得弛豫参数，发现其高场弛豫受化学位移各向异性主导且屏蔽各向异性极大。
2023-07-23 physics.chem-ph quant-ph
Nanoscale NMR Spectroscopy using Self-Calibrating Nanodiamond Quantum Sensors
常规的核磁共振（NMR）光谱依赖于从分子的宏观系综获取信号以获得关于分子结构和动力学的信息。将这种技术转移到纳米级样品大小将使分子分析没有平均的影响，在空间和时间的不均匀性，而不需要宏观体积的分析物，这两个固有的大合奏测量。基于大块金刚石芯片内部的氮空位（NV）中心的纳米级NMR实现了单核自旋灵敏度和确定化学结构所需的分辨率，但对于最敏感的设备，它们的检测体积仅限于金刚石表面上方几纳米。这使得它们无法在较厚的结构（如细胞）内以纳米级分辨率用于核自旋传感。在这里，我们展示了在（19 nm）3体积中使用多功能NV-NMR设备内的纳米金刚石，具有典型的30 nm直径的NMR信号从多个核素的检测。该装置检测由少量分析物分子产生的信号，数量级为1000。为了原位使用这些装置，必须针对每个纳米金刚石装置的未知几何形状校正检测到的信号。我们表明，这样的校准可以通过利用金刚石表面上的原子核薄层的信号来执行。这些结果，结合纳米金刚石的低毒性和它们对表面功能化的顺从性，表明纳米金刚石NV-NMR装置可以成为活细胞内基于纳米级NMR的传感的有用工具。
2019-02-05 cond-mat.mes-hall physics.chem-ph quant-ph
Concatenated Composite Pulses Applied to Liquid-State Nuclear Magnetic Resonance Spectroscopy
在核磁共振（NMR）中广泛应用的复合脉冲的基础上，发展了一种具有高精度的量子信息处理（QIP）幺正运算，即连续复合脉冲（CCCPs）。CCCP同时补偿两种类型的系统误差，这对于NMR中的已知复合脉冲是不可能的。我们的实验表明，CCCP不仅在QIP中，而且在NMR中是强大的和通用的工具。
2020-01-09 cond-mat.other physics.chem-ph physics.ins-det
NMR lineshape of $^{29}$Si in single-crystal silicon
本文报道了在四种不同晶向下，在外加磁场作用下，单晶硅中4.685\%丰度的$^{29}$ Si的NMR谱线的测量结果。为了避免显着的不均匀加宽，样品晶体被浸入磁化率匹配的液体中，并且液体中的质子NMR线形被用于测量剩余磁化率失配和匀场所施加的场。观察到的线型是在良好的协议与无序平均自旋动力学模拟上进行的$4 \times 4 \times 4$单位晶格周期性边界条件。分解的双重特征的分裂用于测量最近邻间接偶极子或J耦合张量的不对称性$ΔJ$，结果为$ΔJ=90\pm20$ Hz。所有分辨的二重态都可以用无序系综中出现的特定的最近和次近邻孤立自旋对来识别。
2016-10-11 cond-mat.dis-nn quant-ph
The Fantastic Four: A plug 'n' play set of optimal control pulses for enhancing nmr spectroscopy
我们提出了高度鲁棒的，基于最佳控制的整形脉冲，旨在取代给定脉冲序列中的所有90°和180°硬脉冲，以提高性能。特别注意确保脉冲可以简单地以一对一的方式取代原始硬脉冲，而不对现有序列进行任何额外的修改。因此，每个核的四个脉冲的集合由相同持续时间的90°和180°点对点（PP）和万向旋转（UR）脉冲组成。这些1 ms脉冲在20 kHz（1H）和35 kHz（13 C）的谐振偏移上提供均匀的性能，并容许（+/-）15%（1H）和（+/-）10%（13 C）的相当大的射频（RF）不均匀性/误校准，使它们特别适合于小到中等大小分子的NMR（对于其，脉冲期间的弛豫效应可忽略不计）在600 MHz的可获得的和广泛使用的谱仪场强度下进行。传统的硬脉冲序列的实验性能被证明是大大提高，通过将新的脉冲，每组被称为神奇四侠（Fanta 4）。
2012-09-01 physics.chem-ph quant-ph
Nonvolatile quantum memory enables sensor unlimited nanoscale spectroscopy of finite quantum systems
在纳米级计量应用中，测量通常受到传感器性能的限制。在这里，我们表明，在核磁共振（NMR）光谱测量使用单氮空位（NV）中心的金刚石，NV传感器电子自旋限制光谱分辨率下降到几百Hz，这限制了有限自旋系统的表征和相干控制，此外，是不够的高分辨率NMR光谱，旨在单分子识别和结构分析后者。为了克服这一限制，我们支持一个NV电子自旋传感器与核自旋量子位作为量子和经典存储器允许中间非易失性存储的计量信息，同时抑制有害的反作用的传感器到系统的调查。我们证明量子和经典的存储寿命分别为8毫秒和4分钟的环境条件下。此外，我们设计和测试的测量和去耦协议，有效地利用这样的内存量子位。使用我们的混合量子-经典传感器设备，我们实现了高分辨率的NMR光谱，单自旋线宽下降到13 Hz。因此，我们的工作是一个先决条件，高分辨率NMR光谱的纳米量子系统下降到单级。
2016-10-18 cond-mat.mes-hall quant-ph
