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基于钻石色心的量子网络
凭借传输和处理量子信息的能力，大规模量子网络将实现一系列全新的应用，从量子通信到分布式传感、计量和计算。本期观点回顾了量子网络节点和金刚石色心作为合适节点候选者的要求。我们简要概述了采用金刚石色心的最先进的量子网络实验，并讨论了未来的研究方向，重点关注分配和存储纠缠态的量子比特的控制和相干性，以及高效的自旋-光子接口。我们讨论了将金刚石色心与其他光子材料相结合的大规模集成设备的路线，并展望了未来量子网络协议的实际实现和应用。
调整六方氮化硼色心的发射波长以用于量子应用
摘要：光量子技术有望彻底改变当今的信息处理和传感器。许多量子应用的关键是纯单光子的有效来源。对于用于此类应用的量子发射器，或对于相互耦合的不同量子系统，量子发射器的光发射波长需要进行定制。在这里，我们使用密度泛函理论来计算和操纵二维材料六方氮化硼中荧光缺陷的跃迁能量。我们的计算采用 HSE06 函数，它使我们能够准确预测 267 种不同缺陷的电子能带结构。此外，使用应变调谐，我们可以定制合适量子发射器的光跃迁能量，以精确匹配量子技术应用。因此，我们不仅提供了为特定应用制造发射器的指南，而且还提供了一条有希望的途径来定制可以耦合到其他固态量子比特系统（例如金刚石中的色心）的量子发射器。
具有相干自旋控制的单个碳化硅色心的 Purcell 增强
摘要：碳化硅最近被开发为光学可寻址自旋缺陷的平台。特别是，4H 多型体中的中性双空位显示出光学可寻址的自旋 1 基态和近红外光发射。在这里，我们展示了耦合到光子晶体腔的单个中性双空位的 Purcell 增强。我们利用纳米光刻技术和掺杂剂选择性光电化学蚀刻的组合来产生质量因子超过 5000 的悬浮腔。随后与单个双空位的耦合导致 Purcell 因子约为 50，表现为零声子线的光致发光增加和激发态寿命缩短。此外，我们测量了腔纳米结构内双空位基态自旋的相干控制，并通过动态解耦证明了扩展的相干性。这种自旋腔系统代表了使用碳化硅的可扩展长距离纠缠协议的进步，该协议需要来自空间分离的单个量子比特的不可区分光子的干涉。关键词：碳化硅、双空位、单自旋缺陷、珀塞尔增强、相干自旋控制、光子晶体腔
文章 https://doi.org/10.1038/s41563-023-01644-8 固态量子发射器的大规模光学表征
固态量子发射器已成为量子网络应用的主要量子存储器。然而，标准的光学表征技术既不高效，也不可大规模重复。在这里，我们介绍并演示了能够大规模自动表征色心的光谱技术。我们首先展示了通过将色心注册到制造的机器可读全局坐标系来跟踪色心的能力，从而能够在多次实验中对相同的色心位置进行系统比较。然后，我们在宽视野低温显微镜中实施了反光发光激发，以并行化共振光谱，实现了比共聚焦显微镜快两个数量级的速度。最后，我们展示了在室温下对色心和设备进行自动芯片级表征，对数千个显微镜视野进行成像。这些工具将能够加速识别芯片级有用的量子发射器，从而推动扩大量子信息应用、材料科学和设备设计和表征的色心平台。
金刚石中的 III 族量子缺陷是稳定的自旋 1 ...
钻石中的色心已成为一系列量子技术（从量子传感到量子网络）的主要固态“人造原子”。目前，协同研究活动正在进行中，以识别新的色心，这些色心将钻石中氮空位（NV − ）的稳定自旋和光学特性与硅空位（SiV − ）中心的光谱稳定性相结合，最近的研究还发现了其他具有优异特性的 IV 族色心。在本文中，我们从第一原理研究了一类新的钻石量子发射体，即 III 族色心，我们表明它们在自旋为 1、电场不敏感的结构中具有热力学稳定性。从从头算电子结构方法，我们表征了这些 III 族色心激发态流形中存在的乘积 Jahn-Teller (pJT) 效应，我们在那里捕捉到了与强电子-声子耦合相关的对称性破坏畸变。这些预测可以指导 III 族空位中心的实验识别及其在量子信息科学和技术应用中的使用。
量子传感(Ⅰ)：基础理论与方法
在物理和生命科学中具有广泛应用的固态量子传感器 ( 金刚石色心 -NV 氮原子空穴色心 ) ； 探索标准模型之外物理的量子传感器 ( 磁力仪和原子钟，囚禁的极性分子，自旋压缩，控制自旋退相 干，纠缠 ) ； 量子信息处理成为现实 ( 囚禁离子，约瑟夫森结 ) ； 增强型量子传感器的先进材料 ( 光晶格，固态量子缺陷，混合量子系统，拓扑材料 ) ； 用于暗区物理的量子传感器 ( 高 Q 值的射频或微波腔，基于超导干涉效应的高 Q 接收器 ) ； 基于原子干涉测量和光学原子钟的精密时空传感器 ( 量子纠缠 ( “压缩” ) 和量子控制 ( “动态解耦” )) 。
薄膜碳化硅光子学中的双发射多模腔量子电动力学
色心是晶体中的点缺陷，可为分布式量子信息处理应用提供通向长寿命自旋态的光学接口。色心量子技术面临的一个突出挑战是将光学相干发射器集成到可扩展的薄膜光子学中，这是在商业代工工艺内进行色心大规模光子学集成的先决条件。本文，我们报告了将近变换限制的硅空位 (V Si ) 缺陷集成到在 CMOS 兼容的 4 H -绝缘体上碳化硅平台中制造的微盘谐振器中。我们展示了高达 0.8 的单发射器协同性以及来自耦合到同一腔模的一对色心的光学超辐射。我们研究了多模干涉对该多发射器腔量子电动力学系统的光子散射动力学的影响。这些结果对于碳化硅量子网络的发展至关重要，并通过将光学相干自旋缺陷与晶圆可扩展的、最先进的光子学相结合，弥合了经典量子光子学之间的差距。
用于集成量子技术的可调和可转移金刚石膜
摘要：金刚石中的色心在量子技术中被广泛探索为量子比特。然而，在设备异质结构中有效和高效地集成这些金刚石承载的量子比特方面仍然存在挑战。在这里，通过“智能切割”和同位素（12C）纯化过度生长合成了纳米级厚度的均匀金刚石膜。这些膜具有可调的厚度（显示为 50 至 250 纳米），是确定性可转移的，具有双边原子平坦表面（R q ≤ 0.3 纳米）和块状金刚石结晶度。色心是通过注入和原位过度生长掺入来合成的。在 110 纳米厚的膜内，单个锗空位（GeV − ）中心在 5.4 K 下表现出稳定的光致发光，平均光学跃迁线宽低至 125 MHz。单个氮空位 (NV − ) 中心的室温自旋相干性显示 Ramsey 自旋失相时间 ( T 2 * ) 和 Hahn 回波时间 ( T 2 ) 分别长达 150 和 400 μ s。该平台可将承载相干色心的金刚石膜直接集成到量子技术中。关键词：金刚石、色心、量子信息科学、异质结构、量子传感
利用三角碳化硅结构中的光子带隙实现高效的量子纳米光子硬件
碳化硅因其色心缺陷的长自旋相干性和单光子发射特性而成为领先的量子信息材料平台之一。碳化硅在量子网络、计算和传感中的应用依赖于将色心发射有效收集到单一光学模式中。该平台的最新硬件开发专注于角度蚀刻工艺，以保留发射器特性并产生三角形设备。然而，人们对这种几何结构中的光传播知之甚少。我们探索了三角形横截面结构中光子带隙的形成，这可以作为开发碳化硅中高效量子纳米光子硬件的指导原则。此外，我们提出了三个领域的应用：TE 通滤波器、TM 通滤波器和高反射光子晶体镜，可用于高效收集和传播光发射模式选择。