研究新进展 | 通过测量金刚石晶格改进量子传感器

科学家们展示了如何使用超快光谱来提高量子传感器的时间分辨率。通过测量金刚石晶格内相干自旋的方向，他们表明即使在很短的时间内也可以测量磁场。这项工作可能有助于推进被称为量子计量的超高精度测量领域，以及基于电子自旋运行的“自旋电子”量子计算机。

量子传感提供了以纳米分辨率极其精确地监测温度以及磁场和电场的可能性。通过观察这些特性如何影响传感分子内的能级差异，纳米技术和量子计算领域的新途径可能变得可行。然而，由于发光寿命有限，传统量子传感方法的时间分辨率以前被限制在微秒范围内。需要一种新方法来帮助改进量子传感。

现在，研究人员开发了一种在著名的量子传感系统中实施磁场测量的新方法。氮空位 (NV) 中心是钻石中的特定缺陷，其中两个相邻的碳原子已被一个氮原子和一个空位取代。可以使用光脉冲读取或连贯地操纵该位置的额外电子的自旋状态。

“例如，即使在室温下，带负电的 NV 自旋态也可以用作具有全光学读出系统的量子磁力计，”研究人员表示，使用“ICME”效应来测试他们的方法。当横向磁场产生双折射时，会发生正常的克顿-莫顿效应，双折射可以将线偏振光变为椭圆偏振。在这个实验中，科学家们做了相反的事情，并使用不同偏振的光来产生微小的受控局部磁场。“通过非线性光磁量子传感，可以测量具有高空间和时间分辨率的先进材料中的局部磁场或自旋电流”，该团队希望这项工作将有助于实现敏感自旋态的量子自旋电子计算机，而不仅仅是像当前计算机那样的电荷。这项发表在 APL Photonics 上的研究还可能使新的实验能够观察磁场的动态变化，甚至可能在真实的设备操作条件下观察单次自旋。

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