中国科大实现新型的固态自旋量子相干操控

IT之家 6 月 1 日消息 从中国科大获悉，中国科大郭光灿院士团队在碳化硅色心自旋操控研究中取得重要进展。该团队李传锋、许金时、王俊峰等人与匈牙利魏格纳物理研究中心 Adam Gali 教授合作，在国际上首次实现了反斯托克斯激发的固态自旋体系的相干操控，该技术在量子信息处理及量子精密测量中具有重要用途。

IT之家了解到，该成果 5 月 28 日发表在国际知名期刊《自然・通讯》上。

据介绍，固态自旋色心是实现量子计算、量子网络和量子精密测量的重要物理体系。光探测磁共振（ODMR）技术是读取色心自旋信号的方法，也是实现各种量子技术的基础。传统的 ODMR 技术基于斯托克斯激发，即激发光的能量大于色心辐射光子的能量。研究团队首次在碳化硅的硅空位色心中实现了反斯托克斯激发下的 ODMR 探测，即激发光的能量小于色心辐射光子的能量。

通过研究反斯托克斯激发硅空位色心的荧光与激光功率以及样品温度的关系，研究团队证明反斯托克斯荧光来自于声子辅助的单光子吸收过程，可用于全光的温度传感。在此基础上，对比反斯托克斯和斯托克斯激发下 ODMR 谱和激光功率，微波功率以及样品温度的关系，发现两种激发手段具有相似的变化规律，但是反斯托克斯激发的 ODMR 谱的对比度大约是斯托克斯激发的 3 倍。研究团队进一步实现了反斯托克斯激发下的硅空位色心自旋的相干操控，实验结果显示其信号对比度大约是后者的 3 倍。该工作为反斯托克斯激发的 ODMR 技术应用于量子信息处理和量子精密测量奠定了重要基础。

▲实验结果图。图 a-d 分别比较了反斯托克斯 (1030 nm 激发) 和斯托克斯（720 nm 激发）的激发过程、光谱、ODMR 谱和自旋回波探测 | 图源：中国科大

论文链接：https://www.nature.com/articles/s41467-021-23471-8