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量子钻石单自旋谱仪

描述：量子钻石单自旋谱仪进行长时间无人值守实验是一台基于狈痴色心和光探测磁共振技术的量子精密测量仪器，通过控制光、电、磁等基本物理量，实现对金刚石中氮—空位（狈痴色心）发光缺陷的自旋进行量子操控与读出，与传统顺磁共振、核磁共振相比，具有初态是量子纯态、自旋量子相干时间长、量子操控能力强大、量子塌缩测量实验结果直观等优势。

更新时间：2024-09-10

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量子钻石单自旋谱仪

量子钻石单自旋谱仪是一台基于狈痴色心和光探测磁共振技术的量子精密测量仪器，通过控制光、电、磁等基本物理量，实现对金刚石中氮—空位（狈痴色心）发光缺陷的自旋进行量子操控与读出，与传统顺磁共振、核磁共振相比，具有初态是量子纯态、自旋量子相干时间长、量子操控能力强大、量子塌缩测量实验结果直观等优势。

完善的金刚石量子传感器制备技术，包括超纯金刚石的生长、离子注

入和微纳加工工艺，掌握制备长相干时间、高稳定度金刚石量子传

感器的核心工艺。

超高空间分辨率，可实现纳米级尺度磁场、电场、温度的量子精密

测量。

高保真度量子自旋态调控技术，自主研发的具备50皮秒时间精度宽

带高功率微波调制部件，实现对自旋低噪声、高效、快速的量子相干

操控。

可进行长时间无人值守实验，智能化仪器控制与信号采集系统，包括

：色心自动实验、光路自动校准、磁场自动调节等。

应用领域

微观磁共振

利用狈痴色心与外界电子自旋的相互作用，实现了在室温大气环境下，单个蛋白质分子的电子顺磁共振谱学研究。实现纳米尺度甚至单自旋水平对微观物质单元的测量，可以获取被系综统计平均所掩盖的个体信息，从而更本质地理解物质的结构与性质。

量子计算

狈痴色心的基态可以等效为自旋为1的电子自旋，其中的两个自旋能级可以用来编码量子比特。结合狈（狈的两种同位素¹⁴狈和¹⁵狈均具有核自旋）以及近邻的¹³C核自旋，每个NV色心可以与附近的核自旋组成数个量子比特。通过施加激光实现对NV色心电子自旋的初始化和读出，施加微波和射频脉冲实现量子逻辑门。目前NV色心自旋体系的单比特量子逻辑门的保真度可达99.9952 %。

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