工程师清除更好的量子计算机和纳米级传感器的路径

金刚石样品的表面共焦扫描显示黄色空位中心。单个NV中心以红色圈出。插入扫描电子显微镜图像显示单独样品中的孔，为微小凹坑。秤杆是米的两百万米。照片由awschalom集团

芝加哥大学的工程师使用了钻石缺陷，称为氮空位中心，以清除更好的量子计算机和纳米级传感器的路径。

通过小心地控制比某些病毒将填充的体积内的原子级钻石缺陷的位置，研究人员已经清除了更好的量子计算机和纳米级传感器的路径。他们在AIP发布中描述了在杂志上发布的杂志上的技术。

芝加哥大学分子工程中的Liew家庭教授David Awschalom和他的同事研究了一种叫做氮空缺中心的技术上有用的钻石缺陷。NV中心由邻近的氮原子组成，该氮原子与替代金刚石晶体中的两个碳原子相邻，留下未配对的电子。研究人员可以使用未充值电子的性质作为其旋转，以在室温下存储和传输量子信息。

Qubits和量子传感器

NV中心是有吸引力的Qubits候选者，量子等同于经典计算比特。单个NV中心还可用于完全不同的应用，例如测量温度，以及通过将其放置在基于金刚石的扫描探针的尖端上的纳米级上的图像电场和磁场。

进一步利用用于实际量子计算和纳米级传感装置的NV中心的主要障碍在于将中心放置在AWSChalom调用器件的功能性“甜点”中。另一个挑战在不牺牲其旋转寿命的情况下增加了NV中心密度，这必须保持长时间，以便从系统中提取最有用的信息。

Awschalom和他的同事制定了一种新的途径来创造可能有助于克服这两个挑战的NV中心。

那就是现场

AWSChalom表示，该团队新方法的关键是创造氮气和空缺缺陷。首先，该团队在金刚石膜内成长一层氮掺杂晶体。研究人员通过将膜的生长速率降低至约8纳米，使氮层保持极薄。纳米级氮掺杂层在深度方向上限制了NV中心的可能位置。

其次，研究人员创造了一个面具来覆盖胶片，只留下针夹孔。它们通过孔喷射碳离子以产生空位并加热钻石，使空位移动在晶体内。NV中心可以在下面的氮气掺杂层中形成。

使用这种方法，团队在大约（180纳米）3内成功地局部化了NV中心，足够小的体积与传感装置和实验量子信息系统中使用的许多基于钻石的纳米结构相容。

本地化的NV中心还可以保持特定的旋转，以便超过300微秒。这种所谓的旋转相干时间比通过其他3D定位方法实现的更大级。较长的旋转寿命意味着NV中心可以检测较小的磁信号并保持量子信息更长。

使用其新技术的团队的目标之一是测量氢原子的核旋转 - 在生物分子内最小的磁信号之一。该研究可以揭示新的见解，了解光合作用工作等重要的生物学功能。“我们的研究会影响Perse科技领域，”Awschalom表示。“技术进步总是开辟了科学研究的新途径。”

出版物：Kenichi Ohno等，“使用12C植入的钻石中旋转的三维定位”，“Appl”。物理来吧105,052406（2014）; http://dx.doi.org/10.1063/1.4890613

PDF研究的副本：使用12C植入的钻石中旋转的三维定位

图像：Awschalom集团