氮空位色心中退相干理论及其应用

发布时间：2021-01-13 07:23

　　基于固态自旋系统的量子技术（量子计算,量子信息和量子度量学）是物理界一个重要的研究方向,而自旋在固态环境下的退相干是其中一个关键问题。金刚石中的NV色心由于其室温下较强的相干时间,微波控制技术以及光学读出技术,迅速成为量子技术的理想物理平台。重要的进展有单核自旋的探测,纳米尺度空间分辨率的磁仪以及量子纠错的演示等等,然而,NV色心与周围核自旋库的超精细相互作用而导致的退相干依然是这些技术的瓶颈。动力学退耦技术在消除核自旋库导致的的退相干方面获得了巨大的成功,但是也有它的不足,那就是它与量子比特的操作过程并不兼容,这就限制了这项技术在某些方面的应用。还有一些其他的办法可以用来减少退相干过程的影响,比如通过激光照射NV色心引入耗散,从而用耗散的办法将核自旋库制备到一个低噪声态,比如,通过动力学极化增加自旋库的极化度,从而降低自旋库的涨落来延长NV色心的相干时间。这类办法的优点就是,它不会与比特的相干控制过程冲突,因此是控制比特相干性的一个重要发展方向。本文中,我们主要研究两个方面的内容：一个就是如何通过光照NV色心而导致的核自旋的耗散过程来控制核自旋库,另一个就是量子度量学中的数据后处理的... 

【文章来源】：中国科学技术大学安徽省 211工程院校 985工程院校

【文章页数】：108 页

【学位级别】：博士

【部分图文】：

图１．２：参数估计过程的分类

外禀耗散过程。前者是指负电荷态ＮＶ－中的电子轨道态之间由于福射过程或者??非福射过程所导致的跃迁，后者是指负电荷态ＮＶ－和电中性态ＮＶｅ之间的跃??迁过程，这两个过程示与图３．１中。由于后者的时间尺度远大于前者的时间尺度??［９３］，因此可レ：Ｊ＜分别讨论这两个过程。??３丄１外鷹耗散过程??外禀耗散过程可Ｗ分为福射和非福射过程。福射过程是指不同电荷态之间??通过导带作为中间态实现相互转化［４５］。ＮＶ色也附近的杂质并不参与这种过??程，因此转化速率与杂质浓度无关。而非福射过程是指不同的电荷态的轨道态??之间的直接跃迂。由于是不同电荷态之间的跃迁，因此必然需要有附近杂质电??Ｉ?Ｅｘｔｒｉｎｓｉｃ?１?Ｉｎｔｒｉｎｓｉｃ?１??／?、＇、＇－巧??％?／?么側?ｅＶ??１．９４５?ｃＶ?；??＇?Ｉ??Ｖ?！??１?？??？?＇??Ｖ?Ｉ??？?■??＼?＊?１拉??Ｉ?＜??？??Ｖ?／??、＇?／??化￣Ｕ?？－?／??ＮＶ〇?ＮＶ－??图３．１：轨道态的内禀耗散过程和外禀耗散过程。Ｃ卫表示导带，点画线表示外??禀过程中的非福射过程。本图来自文献［５］中的图（２巧。??？?．??１５??

第Ｈ章氮空位中也轨道和自旋耗散过程??子的参与。因此非福射过程的转变速率非常依赖于附近杂质的浓度。如图３．１所??示，负电荷态和电中性态基态之间跃迁的初态和末态是很清楚的，但是对于两??种电荷态之间的激发态之间跃迁的末态并不清楚。??虽然外禀耗散进程的图像己经建立起来了，但是这种图像的来源并不清楚，??并且没有一个合适的微观模型来解释各种各样的非福射过程。??３．１．２内真耗散过程??对于内禀耗散过程，我们分为室湿和低温两种情况来讨论。在室温下和零??碰场下，内禀耗散过程通常可Ｗ用一个六能级模型来描述（图３．２）。在这个图中??我们忽咯了激发态和基态的不同自旋态之间的交叉跃迁Ｗ及化到ｉＥ的跃迁和??到３八２的跃迁。一般认为，与其他的跃迂相比，这些跃迁可Ｗ忽略。我们??用ｋｙ代表从ｊ到ｉ的跃迁，其中、；）＝１，２，．｜，，６代表电子能级（见图３．巧。对于??激发态的０自旋子能级，跃迁到基态的箱射过程的速率ｋｉ，５远大于跃迁到中间??态１?Ａｉ的速率ｌＣ４


本文编号：2974469