Mechanically-Mediated Spin Entanglement in Diamond

金刚石中机械介导的自旋纠缠

基本信息

  • 批准号:
    1414462
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 36万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    美国
  • 项目类别:
    Continuing Grant
  • 财政年份:
    2014
  • 资助国家:
    美国
  • 起止时间:
    2014-08-01 至 2017-07-31
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

A quantum system can feature unusual phenomena such as quantum entanglement. This exotic aspect of quantum mechanics can be exploited to solve or model computational problems that are impractical or impossible to solve with standard, classical computers. This work will investigate the quantum behaviors of an otherwise classical mechanical oscillator, such as a diamond cantilever or a diamond nanobeam. The motion of the mechanical oscillator will be controlled through its interactions with an electron in diamond. These types of nano-mechanical systems have the potential to realize the exotic behavior of quantum entanglement and become a building block in a diamond-chip based quantum computer. This project will also make contributions to education and human resource by providing excellent training to graduate and undergraduate students in areas of both scientific and technological importance.This project will investigate the coupling between an electron spin in diamond and the mechanical motion of a diamond nanomechanical oscillator. The spin-phonon coupling will be mediated through off-resonant Raman transitions to the excited states of a nitrogen vacancy center in diamond. Experimental efforts will focus on the fabrication of diamond nanomechanical oscillators, the generation of spin-driven coherent mechanical motion, and the cooling of the nanomechanical oscillator through its coupling to a single electron spin. The successful implementation of these efforts should enable us to pursue mechanically-mediated quantum entanglement between electron spins. The Sorensen-Molmer entanglement scheme, which is relatively robust against thermal mechanical motion, will be explored for the generation of a maximally-entangled spin state. The longer term goal is to realize a solid-state analog of the trapped ion system.
量子系统可以具有不寻常的现象,如量子纠缠。量子力学的这一奇特方面可以用来解决或模拟那些用标准的经典计算机无法解决或不切实际的计算问题。 这项工作将研究一个经典的机械振荡器,如钻石悬臂梁或钻石纳米梁的量子行为。 机械振荡器的运动将通过它与金刚石中的电子的相互作用来控制。 这些类型的纳米机械系统有可能实现量子纠缠的奇异行为,并成为基于钻石芯片的量子计算机的构建模块。 本项目还将为教育和人力资源做出贡献,为研究生和本科生提供科学和技术领域的优秀培训。本项目将研究金刚石中电子自旋与金刚石纳米机械振荡器的机械运动之间的耦合。 自旋-声子耦合将通过非共振拉曼跃迁介导到金刚石中氮空位中心的激发态。 实验工作将集中在金刚石纳米机械振荡器的制造,自旋驱动的相干机械运动的产生,以及通过耦合到单个电子自旋的纳米机械振荡器的冷却。 这些努力的成功实施应该使我们能够追求电子自旋之间的机械介导量子纠缠。 索伦森-莫尔默纠缠方案,这是相对强大的热机械运动,将探讨产生一个最大纠缠自旋态。 长期的目标是实现被捕获离子系统的固态模拟。

项目成果

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  • 通讯作者:
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  • 资助金额:
    $ 36万
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知道了