纳米金刚石中氮-空位中心自旋的量子退相干研究

Quantum information science and technology, exploits quantum coherence of atom, electron, photon and other physical systems to develop novel capabilities for information processing, communication and measurement. However, the unavoidable interaction between the physical system and environmental noise leads to decoherence which would diminishe quantum coherence. Quantum decoherence represents one of the main challenges for quantum control and quantum technology. In this project, we will address this challenge for nitrogen-vacancy center spin in nanodiamond towards quantum sensing applications. We will reveal the decoherence mechanism of nitrogen-vacancy center spin in nanodiamond, and develop optimal dynamical decoupling schemes to prolong its coherence time. The project is expected to promote the further development and application of quantum sensing technology based on nanodiamonds.

量子信息科学技术，利用原子、电子、光子等物理体系的量子相干性来实现超越当前技术水平的获取信息、处理信息、传输信息的能力。然而，物理体系与环境噪声之间不可避免的相互作用，会导致量子退相干，使得物理体系的量子相干性消失。因此，量子退相干是实现量子调控与量子技术所面临的关键挑战之一。本项目拟围绕纳米金刚石中氮-空位中心自旋这一物理体系，瞄准基于纳米金刚石中氮-空位中心自旋的量子传感这一重要应用，理论结合实验，揭示纳米金刚石中氮-空位中心自旋的量子退相干机制，发展优化的量子动力学退耦合方案，有效延长纳米金刚石中氮-空位中心自旋的量子相干时间，从而推动基于纳米金刚石的量子传感技术的进一步发展与应用。

本项目围绕纳米金刚石中氮-空位中心自旋这一物理体系，瞄准基于纳米金刚石中氮-空位中心自旋的量子传感这一重要应用，深入地开展了相关研究。在本项目的支持下，项目团队理论结合实验，分析了纳米金刚石中氮-空位中心自旋的量子退相干机制，针对延长纳米金刚石中氮-空位中心自旋的量子相干时间这一目标，设计与实现了基于时间调制驱动场的量子动力学退耦合新方法，并在此基础上，提出了量子传感的新方法，推动基于纳米金刚石的量子传感技术的进一步发展与应用。本项目基本上达到了预期的研究目标，所开展的研究工作以及取得的研究成果，有助于推动纳米金刚石中氮-空位中心自旋的量子调控技术的发展，并为实现固态量子传感与精密测量提供支撑。