Quantum information processing based on Nitrogen-vacancy (NV) centers has attracted many attentions, as it may be realized in room temperature. However, it is very hard to control large number of NV centers, and maintaiin their coherence feature. In order to solve this problem, here we propose to realize scalable quantum information prococessing in NV centers based on phonon modes. As the wavelength of the high frequency (GHz) phonon is very short (mircometer), it may be used for manipulating single NV centers. At first, we will study the magnetic field induced coupling between NV centers and mechanical modes. We will theoretically study how to realize universal, and robust to the phonon thermal states quantum logic gates between two remote NV centers by coupling them with the same mechnical resonator. We will study the homogeneous magnetic field induced coupling between the NV centers and the mechanical liberational modes. We will propose a scheme to generate multipartite entangled states among NV centers, and study the applications in precise measurement, and quantum memory. Then, we will study the strain indued coupling mechanism between NV centers and the phonon modes. We will propose a scheme to realize strong non-linear phonon mode in daimond, and used it to realize single phonon source and quantum non-demolish measurement for phonon number states. We will study how to simulate Bose-Hubbard model in this system. The study will have very close connection with experiments, and may be helpful for the future quantum information processing and quantom acoustics.
基于金刚石氮-空位中心的量子信息处理有望在室温下实现,有巨大的吸引力。为了解决其可扩展性的问题,本项目提出用声子作为中介,实现可扩展的金刚石色心量子信息处理。由于高频率声子的波长很短,有望对单个金刚石色心进行独立操控。本项目将研究磁场诱导出来的氮-空位中心与机械振子模耦合的复合系统,从理论上探讨如何实现对声子热态不敏感的两个氮-空位中心之间的高保真度通用量子逻辑门,以及用均匀磁场诱导出的机械扭动模式与氮-空位中心之间的耦合,实现氮-空位中心的多体量子纠缠态,并探讨其在量子精密测量和量子存储上的应用。本项目还将研究应力导致的表面声波与氮-空位中心之间的强耦合,诱导出声子模式的非线性,并应用于实现单声子源和对声子粒子数态的量子非破坏测量,以及用多个耦合振子阵列模拟Bose-Hubbard模型。本项目着眼于理论联系实验,将会为基于金刚石氮-空位中心的可扩展量子信息处理和量子声学器件提供新的思路。
基于金刚石氮-空位中心的量子信息处理有望在室温下实现,有巨大的吸引力。悬浮光力学系统具有超高品质因子,在精密测量上有重要的应用潜力。本项目研究了金刚石色心与悬浮力学振子,或悬臂梁机械振子耦合的复合系统,提出实现可扩量子信息处理和超越经典系统的量子精密处理方案。我们基于悬浮纳米金刚石色心振子系统,提出了对声子热态不敏感的机械振子中金刚石氮-空位色心之间的通用量子逻辑门理论方案,研究了基于纳米金刚石物质波干涉的高精度重力仪,以及超高速金刚石色心转子导致的色心几何相位。我们还基于悬浮纳米粒子,提出了量子时间晶体的理论方案。我们基于应力导致的力学振子模式与金刚石氮-空位中心强耦合,提出了单声子源和声子粒子数态的量子非破坏测量理论方案。我们还基于悬浮纳米粒子阵列系统,研究了此系统的预热化和声子单向传输。在研究进行中,我们也把实现量子信息处理的理论方案应用于超导电路系统,与实验合作完成了一系列有影响的工作。本项目着眼于理论联系实验,将会为基于金刚石氮-空位中心的可扩展量子信息处理和量子精密测量提供新的思路。
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数据更新时间:2023-05-31
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