新型固態自旋量子相干操控 可用於量子信息處理

科技日報訊 （記者吳長鋒）6月1日，科技日報記者從中國科學技術大學獲悉，該校郭光燦院士團隊李傳鋒、許金時、王俊峯等人與匈牙利魏格納物理研究中心合作，在碳化硅色心自旋操控研究中取得重要進展：在國際上首次實現了反斯托克斯激發的固態自旋體系的相干操控，該技術在量子信息處理及量子精密測量中具有重要用途。研究成果日前發表在國際知名期刊《自然·通訊》上。

固態自旋色心是實現量子計算、量子網絡和量子精密測量的重要物理體系。光探測磁共振（ODMR）技術是讀取色心自旋信號的方法，也是實現各種量子技術的基礎。傳統的ODMR技術基於斯托克斯激發，即激發光的能量大於色心輻射光子的能量。研究團隊首次在碳化硅的硅空位色心中實現了反斯托克斯激發下的ODMR探測，即激發光的能量小於色心輻射光子的能量。

通過研究反斯托克斯激發硅空位色心的熒光與激光功率以及樣品温度的關係，研究團隊證明反斯托克斯熒光來自聲子輔助的單光子吸收過程，可用於全光的温度傳感。在此基礎上，對比反斯托克斯和斯托克斯激發下ODMR譜和激光功率、微波功率以及樣品温度的關係，研究團隊發現兩種激發手段具有相似的變化規律，但是反斯托克斯激發的ODMR譜的對比度大約是斯托克斯激發的3倍。研究團隊進一步實現了反斯托克斯激發下的硅空位色心自旋的相干操控，實驗結果顯示其信號對比度大約是後者的3倍。該工作為反斯托克斯激發的ODMR技術應用於量子信息處理和量子精密測量奠定了重要基礎。

審稿人高度評價該成果：“為任何基於ODMR的測量帶來明顯的實際提高”“作為一個新穎的原理，人們可以考慮應用於尚未預見到的場景”。