本文選題：金剛石 + NV色心��； 參考：《中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)》2016年博士論文

【摘要】：自從上世紀(jì)量子力學(xué)誕生以來(lái),人類(lèi)逐漸從量子層次加深了物質(zhì)世界的認(rèn)識(shí)。隨著科學(xué)技術(shù)的方法,人類(lèi)對(duì)物質(zhì)世界的操控也到達(dá)了量子尺度,誕生了量子信息科學(xué)。對(duì)量子系統(tǒng)的操控將會(huì)對(duì)量子信息領(lǐng)域產(chǎn)生深遠(yuǎn)的影響。然而量子系統(tǒng)往往很容易受到外界環(huán)境的影響發(fā)生退相干,所以對(duì)量子系統(tǒng)的調(diào)控并非那么容易。目前,人類(lèi)已經(jīng)研究了各種各樣不同的量子體系,金剛石氮位發(fā)光中心以其固態(tài)易集成,室溫下相干時(shí)間長(zhǎng),能夠用激光進(jìn)行初始化和讀出,還可以進(jìn)行微波操控等優(yōu)勢(shì)受到越來(lái)越多的關(guān)注。本論文主要以金剛石中單個(gè)氮空位發(fā)光中心為研究對(duì)象進(jìn)行量子調(diào)控實(shí)驗(yàn)研究本篇博士論文首先從金剛石氮空位發(fā)光中心(NV色心)基本性質(zhì)開(kāi)始,說(shuō)明了NV色心電子自旋退相干因素的主要來(lái)源,簡(jiǎn)要分析了NV色心在精密測(cè)量領(lǐng)域和量子計(jì)算領(lǐng)域的應(yīng)用。接著我們利用自已搭建的室溫下光探測(cè)磁共振平臺(tái),實(shí)驗(yàn)證明了在NV色心量子體系上利用連續(xù)波動(dòng)力學(xué)去耦,不僅將NV色心的相干時(shí)間延長(zhǎng)了20倍,而且發(fā)現(xiàn)在進(jìn)行量子控制的同時(shí),量子邏輯門(mén)依然可以被很好的保護(hù)起來(lái)。這種方法可以解決利用脈沖動(dòng)力學(xué)去耦的同時(shí)實(shí)現(xiàn)量子邏輯門(mén)操作的復(fù)雜問(wèn)題,在需要量子控制時(shí)間遠(yuǎn)大于退相干時(shí)間的情況非常有用,同樣也可以用在量子精密測(cè)量領(lǐng)域。然后我們利用金剛石中NV色心電子自旋和最近鄰碳13C核自旋形成量子糾纏,利用量子糾纏研究了NV色心的非馬爾科夫量子動(dòng)力學(xué)行為,利用動(dòng)力學(xué)解耦技術(shù)壓制了環(huán)境噪聲,揭示了環(huán)境中隱藏的量子非馬爾科夫性.為了研究和利用NV色心的激發(fā)態(tài)性質(zhì),我們搭建了低溫下光探測(cè)磁共振平臺(tái),利用斯塔克效應(yīng),實(shí)現(xiàn)了NV色心激發(fā)態(tài)能級(jí)的調(diào)節(jié)；同時(shí)結(jié)合固態(tài)浸入透鏡技術(shù),利用共振熒光方法,實(shí)現(xiàn)了NV色心電子自旋的單次讀出,讀出保真度約為90%.最后,對(duì)本論文做出總結(jié),并分析了NV色心實(shí)現(xiàn)實(shí)用性量子計(jì)算,量子網(wǎng)絡(luò)遇到的問(wèn)題,展望了未來(lái)實(shí)用化量子網(wǎng)絡(luò)的可能性解決方案.
[Abstract]:Since the birth of quantum mechanics in the last century, mankind has gradually deepened the understanding of the material world from the quantum level. With the methods of science and technology, the human control of the material world has reached the quantum scale, the birth of quantum information science. The manipulation of quantum systems will have a profound impact on the field of quantum information. However, quantum systems are often subject to the influence of external environment to decoherence, so it is not easy to regulate quantum systems. At present, a variety of quantum systems have been studied. Diamond nitrogen potential luminescence centers are easy to integrate with solid state, have long coherent time at room temperature, and can be initialized and read out by laser. Also can carry on the advantage such as microwave control to get more and more attention. This thesis focuses on the quantum control experiments of a single nitrogen vacancy luminescence center in diamond. This doctoral thesis begins with the basic properties of the NV color center of the diamond nitrogen vacancy luminescence center. The main sources of NV color center electron spin decoherence are explained, and the applications of NV color center in precision measurement and quantum computation are briefly analyzed. Then we use our own optical detection magnetic resonance platform at room temperature to prove that the coherent time of NV color center is increased by 20 times by using continuous wave mechanics decoupling on NV color center quantum system. It is also found that quantum logic gates can still be well protected while quantum control is carried out. This method can solve the complex problem of using pulse dynamics decoupling to realize quantum logic gate operation at the same time. It is very useful when quantum control time is much longer than decoherence time. It can also be used in the field of quantum precision measurement. Then we use the NV color center electron spin and the nearest carbon 13C nucleus spin to form quantum entanglement, we use quantum entanglement to study the non-Markov quantum dynamics of NV color center, and the dynamic decoupling technique is used to suppress the environmental noise. The hidden quantum non-Markov property in the environment is revealed. In order to study and utilize the excited state properties of NV color center, we set up a low temperature optical detection magnetic resonance platform, using the Stark effect to realize the regulation of the excited state level of the NV color center, and combining with the solid-state immersion lens technology, The single readout of NV color center electron spin is realized by using resonance fluorescence method. The readout fidelity is about 90. Finally, this paper summarizes the practical quantum computation of NV color center, the problems encountered by quantum network, and prospects the possible solutions of practical quantum network in the future.
【學(xué)位授予單位】：中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類(lèi)號(hào)】：O413

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本文編號(hào)：2011883