摘要
金刚石中的氮-空位(Nitrogen-Vacancy，简称NV)中心是有望实现可扩展量子信息处理与高灵敏度量子精密测量的物理体系之一。氮-空位中心有很多显著的优点：单个氮-空位中心可以被精确定位，可作为稳定的单光子源，氮-空位中心的电子自旋在光激发下可以被有效地初始化，电子自旋的量子态可以用微波和磁共振技术进行相干调控，并且通过用光探测方法来读取。氮-空位中心自旋还具有很好的生物相容性和量子相干特性，无需真空、低温的苛刻实验条件，在室温下其相干时间就可以达到毫秒量级。 近年来，金刚石中氮-空位中心的研究进展十分迅速，这使其逐渐成为实现一些前沿应用的重要物理体系，例如量子计算，量子传感，量子精密测量，生物荧光标记，高分辨率成像等。实现这些应用的关键是，对氮-空位中心进行精确的量子调控，同时要求氮-空位中心对调控信号或外加的场足够敏感，具备较长的量子相干时间。本文在探究如何延长氮-空位中心相干时间，提高基于氮-空位中心的量子探测与成像的精度的基础上，探索用氮-空位中心测量电场的两种物理机制。作为延伸，还将讨论用氮-空位中心测量自由基对反应中电子的动力学行为，并讨论如何用电场探测来取代光探测，从而提高以氮-空位中心为基础的量子信息处理的可扩展性以及量子传感的灵敏度。
NETL