写于 2017-08-13 01:23:03| 金沙平台| 总汇

氮空位中心是一个缺陷,其中氮原子取代晶格中的碳原子,并且由缺失的碳原子留下的空位紧邻,留下可以精确控制状态的未键合电子NV中心自然地出现在钻石中或者可以是人工创造在一项新的研究中,研究人员证明,与以前的测量结果相比,氮空位中心的自旋相干时间提高了两个数量级以上

这一发现可以推动量子传感,实现挤压和多体纠缠,并且开放模拟受驱动的,相互作用主导的量子多体哈密顿量的路径从大脑到心脏到胃,人类和动物的身体产生弱磁场,超敏感探测器可以用它来查明疾病,追踪药物 - 甚至可能读取思想传感器没有比缩略图更大的地图可以将天然气沉积在地下,分析化学物质,并确定爆炸物现在,美国能源部劳伦斯伯克利国家实验室(伯克利实验室)和加州大学伯克利分校的科学家与哈佛大学的同事合作,改进了最有效的磁场传感器之一的性能

在纳米尺度上 - 一个不大于一对原子的钻石缺陷,称为氮空位(NV)中心研究小组的发现最终可能使比计算机芯片小的时钟精确到几千万亿分之一秒,或者旋转传感器更快比智能手机中的陀螺仪更耐受极端温度不久之后,一块廉价的钻石芯片可能能容纳量子计算机团队报告他们在自然通讯中的结果一个由钻石制成的传感器氮气空位中心是最常见的一些钻石中的缺陷当氮原子取代金刚石晶体中的碳原子并成对时相邻的空位(碳原子完全缺失),未与碳原子结合的许多电子留在中心

电子自旋态很明确,对磁场,电场和光非常敏感,所以它们可以通过激光轻松设置,调整和读出“NV中心的自旋状态在从极热到极冷的各种温度范围内都是稳定的,”伯克利实验室核科学部的Dmitry Budker说道,他也是加州大学伯克利分校的物理学教授甚至可以使用每克钻石成本硬币的微小斑点作为传感器,因为Budker说,“我们可以通过照射和烘烤来控制钻石中NV中心的数量,”也就是说,退火它面临的挑战是保持NV中心旋转状态固有的信息,一旦在那里编码,就可以在进行测量之前泄漏;在NV中心,这需要延长电子旋转的所谓“连贯”时间,旋转保持同步的时间最近Budker与哈佛大学的Ronald Walsworth合作,包括哈佛大学的Nir Bar-Gill和加州大学伯克利分校博士后Andrey Jarmola他们将NV电子旋转集合的相干时间延长了两倍以上的测量值“对我来说,这个结果最激动人心的方面是研究NV中心相互作用方式变化的可能性“这篇论文的第一作者巴尔吉尔说,他将于今年秋季搬到耶路撒冷的希伯来大学”这是可能的,因为相干时间远远长于NV中心之间相互作用所需的时间“Bar-Gill补充说, “我们现在可以想象工程钻石样品来实现量子计算架构”相互作用的NV中心在量子计算机中扮演比特的角色,称为量子比特二进制数字是1或0,而量子比特代表1和0叠加,只要状态是连贯的,Schrödinger-cat-like同时性的状态就会持续存在,直到测量结果崩溃为止所有纠结的量子比特“我们使用了一些技巧来摆脱退相干的来源,”Budker说道:“一个是使用专门准备的纯金刚石样品12”天然钻石含有少量的同位素碳-13 ,其核旋转推动了NV中心电子自旋的消极性,碳-12原子核旋转为零 “另一个诀窍是将温度降低到液氮的温度,”Budker说,通过将样品冷却至室温以下77度开始减少了退热,但仍然很容易在Budker实验室一起工作,团队成员安装了低温恒温器内的钻石样品激光束穿过钻石,加上磁场,调整NV中心的电子自旋并使它们发荧光

它们的荧光亮度是旋转态相干性的衡量标准“控制旋转是必不可少的”

Budker说,“所以我们从核磁共振中借鉴了一个想法” - 医院中磁共振成像(MRI)等常见程序的基础虽然不同于核自旋,但电子自旋相干性可以通过类似技术扩展

钻石样品中NV中心的状态即将结束,实验者用一系列高达10,000短的麦克风震动钻石rowave脉冲当电子旋转开始彼此不同步时,脉冲翻转电子旋转,产生“回声”,其中反向旋转赶上自身Coherence重新建立最终研究人员实现了持续超过半秒的自旋相干时间“我们的对于磁场感应和量子信息来说,结果确实很有吸引力,“Bar-Gill Long的旋转相干时间增加了钻石已经拥有的优势,使钻石NV成为实用量子计算机潜在候选者的最前沿 - 这是哈佛的最爱研究人员Budker的研究小组发现更热的前景是在探测振荡磁场时可能存在长时间的连贯性,应用范围从生物物理到防御这项工作得到了国防高级研究计划局的QuASAR计划,国家科学基金会,以色列的支持国防部和北大西洋公约O rganization的和平科学计划出版物:N Bar-Gill等,“固态电子自旋相干时间接近1秒”,Nature Communications 4,文章编号:1743; doi:101038 / ncomms2771消息来源:劳伦斯伯克利国家实验室Paul Preuss图片:劳伦斯伯克利国家实验室