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新型的固態自旋量子相幹操控實現

2021年06月02日 18:06:00 來源: 中安線上

    記者6月1日從中國科大獲悉,該校郭光燦院士團隊在碳化矽色心自旋操控研究中取得重要進展。該團隊李傳鋒、許金時、王俊峰等人與匈牙利魏格納物理研究中心Adam Gali教授合作,在國際上首次實現了反斯托克斯激發的固態自旋體係的相幹操控,該技術在量子資訊處理及量子精密測量中具有重要用途。該成果5月28日發表在國際知名期刊《自然·通訊》上。

    固態自旋色心是實現量子計算、量子網絡和量子精密測量的重要物理體係。光探測磁共振(ODMR)技術是讀取色心自旋信號的方法,也是實現各種量子技術的基礎。傳統的ODMR技術基于斯托克斯激發,即激發光的能量大于色心輻射光子的能量。研究團隊首次在碳化矽的硅空位色心中實現了反斯托克斯激發下的ODMR探測,即激發光的能量小于色心輻射光子的能量。

    通過研究反斯托克斯激發硅空位色心的熒光與鐳射功率以及樣品溫度的關係,研究團隊證明反斯托克斯熒光來自于聲子輔助的單光子吸收過程,可用于全光的溫度傳感。在此基礎上,對比反斯托克斯和斯托克斯激發下ODMR譜和鐳射功率,微波功率以及樣品溫度的關係,發現兩種激發手段具有相似的變化規律,但是反斯托克斯激發的ODMR譜的對比度大約是斯托克斯激發的3倍。研究團隊進一步實現了反斯托克斯激發下的硅空位色心自旋的相幹操控,實驗結果顯示其信號對比度大約是後者的3倍。該工作為反斯托克斯激發的ODMR技術應用于量子資訊處理和量子精密測量奠定了重要基礎。

    審稿人高度評價本成果:“該結果為任何基于ODMR的測量帶來明顯的實際提高(The results offer an obvious practical improvement for any ODMR-based measurement)”;“作為一個新穎的原理,人們可以考慮應用于尚未預見到的場景,或者進一步發展它,我認為這個反斯托克斯的論證值得通過發表在《自然·通訊》上予以關注(as a novel principle that one can consider to apply in yet unforeseen situations, or to further develop, I think this anti-Stokes demonstration deserves attention via publication at the level of a journal such as Nature Communications)”。

    該工作得到了科技部、基金委、中國科學院和安徽省的資助。(記者 汪喬)

    實驗結果圖。圖a-d分別比較了反斯托克斯(1030 nm激發)和斯托克斯(720 nm激發)的激發過程、光譜、ODMR譜和自旋回波探測。

    

[責任編輯: 周雨濛 ]
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