电子自旋的声学操纵能改善量子控制

电子自旋的声学操纵能改善量子控制字体：小中大分享到：电子自旋的声学操纵能改善量子控制2021-11-05 08:15:52来源：科技日报

最近，德国和俄罗斯科学家合作开发了一种自旋量子位的声学操纵方法，演示了表面声波的应变场与碳化硅中si空位置的激发自旋之间的相互作用。新方法有望提高电子自旋的量子控制，为微量子器件高效处理量子信息提供新的可能。

色心是晶体中的晶格缺陷，可以捕获一个或多个额外的电子。捕获的电子通常吸收可见光谱中的光，因此透明材料(如钻石)通过这些中心着色。色心通常与一些磁性有关，这使得它们在量子技术应用中很有前途，例如量子存储器或量子传感器。科学上的挑战在于开发有效的方法来控制电子的磁量子特性，或它们的自旋状态。近年来，碳化硅色心的自旋操纵成为一个新的研究方向。

近日，德国Paul Derud固体电子学研究所、Helmholtz Dresden Rosendorf研究中心和俄罗斯科学院艾菲物理技术研究所的联合研究团队在《科学进展》杂志上发表论文，展示了声表面波的应变场与碳化硅中硅空位置的激发自旋之间的巨大相互作用。基态和激发态自旋的这种相干声学操纵为高效的量子信息协议和相干感测提供了新的机会。

埃菲社物理技术研究所的亚历山大·波戈尔德·普莱瑟(Alexander Pogold placer)博士说:“人们可以把这种控制想象成用普通的电子调音器给吉他调音。只是我们的实验稍微复杂一点:磁场将电子自旋的共振频率调整到声波的频率，而激光激发色心在基态和激发态之间跃迁。”

保罗研究所的阿尔贝托·埃尔南德斯-明格斯(Alberto Hernandez-minguez)博士解释说:“当陀螺运动时，进动是旋转轴方向的变化。我们可以把电子自旋想象成一个微型陀螺仪，这样进动轴受到声波的影响，每次色心在基态和激发态之间跃迁时，它的方向都会发生变化。因为色心处于激发态的时间预测（数据为往年仅供参考）长度是随机的，基态和激发态进动轴取向的巨大差异意味着电子自旋的取向和存储在其中的量子信息以不可控的方式发生变化。”这种变化导致电子自旋中存储的量子信息在多次跃迁后丢失。

为了防止这种情况发生，联合研究小组开发了一种新方法:通过适当调整色心的共振频率，使自旋的进动轴在基态和激发态共线。也就是说，自旋保持其进动方向沿着一个明确定义的方向，即使它们在基态和激发态之间来回跳跃。在这种特殊条件下，电子自旋中存储的量子信息与激光引起的基态和激发态之间的跳跃解耦。这种声学操纵技术为在类似于微芯片大小的量子器件中处理量子信息提供了新的可能性。它还可能对生产成本产生巨大影响，从而促进量子技术对公众的可用性。

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