量子鉆石單自旋譜儀

描述：量子鉆石單自旋譜儀進行長時間無人值守實驗是一臺基于NV色心和光探測磁共振技術的量子精密測量儀器，通過控制光、電、磁等基本物理量，實現對金剛石中氮—空位（NV色心）發光缺陷的自旋進行量子操控與讀出，與傳統順磁共振、核磁共振相比，具有初態是量子純態、自旋量子相干時間長、量子操控能力強大、量子塌縮測量實驗結果直觀等優勢。

更新時間：2025-10-14

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量子鉆石單自旋譜儀

量子鉆石單自旋譜儀是一臺基于NV色心和光探測磁共振技術的量子精密測量儀器，通過控制光、電、磁等基本物理量，實現對金剛石中氮—空位（NV色心）發光缺陷的自旋進行量子操控與讀出，與傳統順磁共振、核磁共振相比，具有初態是量子純態、自旋量子相干時間長、量子操控能力強大、量子塌縮測量實驗結果直觀等優勢。

完善的金剛石量子傳感器制備技術，包括超純金剛石的生長、離子注

入和微納加工工藝，掌握制備長相干時間、高穩定度金剛石量子傳

感器的核心工藝。

超高空間分辨率，可實現納米級尺度磁場、電場、溫度的量子精密

測量。

高保真度量子自旋態調控技術，自主研發的具備50皮秒時間精度寬

帶高功率微波調制部件，實現對自旋低噪聲、高效、快速的量子相干

操控。

可進行長時間無人值守實驗，智能化儀器控制與信號采集系統，包括

：色心自動實驗、光路自動校準、磁場自動調節等。

應用領域

微觀磁共振

利用NV色心與外界電子自旋的相互作用，實現了在室溫大氣環境下，單個蛋白質分子的電子順磁共振譜學研究。實現納米尺度甚至單自旋水平對微觀物質單元的測量，可以獲取被系綜統計平均所掩蓋的個體信息，從而更本質地理解物質的結構與性質。

量子計算

NV色心的基態可以等效為自旋為1的電子自旋，其中的兩個自旋能級可以用來編碼量子比特。結合N（N的兩種同位素¹⁴N和¹⁵N均具有核自旋）以及近鄰的¹³C核自旋，每個NV色心可以與附近的核自旋組成數個量子比特。通過施加激光實現對NV色心電子自旋的初始化和讀出，施加微波和射頻脈沖實現量子邏輯門。目前NV色心自旋體系的單比特量子邏輯門的保真度可達99.9952 %。

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