Cooling and optical systems of a nanodiamond in a magneto-gravitational trap towards the generation and detection of a spatial superposition state

磁引力陷阱中纳米金刚石的冷却和光学系统,用于产生和检测空间叠加态

基本信息

  • 批准号:
    2270924
  • 负责人:
  • 金额:
    --
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    英国
  • 项目类别:
    Studentship
  • 财政年份:
    2019
  • 资助国家:
    英国
  • 起止时间:
    2019 至 无数据
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

Single nitrogen (NV-) centres in diamond have isolated electronic and nuclear spins that can store quantum information at room temperature for over one second. Using a magneto-gravitational trap to levitate nanodiamonds it is theoretically suggested that, once cooled, the nanodiamonds could be placed into a superposition of spatial states. The long-term goal is that this method will test the limits of macroscopicity for a spatial superposition state. The PhD project begins with building the magneto-gravitational trap so that consistent trapping is achieved at room temperature and pressure. The next step is implementing the vacuum and helium gas cooling systems that will take the chamber containing the trap to high vacuum and to 8K respectively. Along with the vacuum and cooling systems the PhD project will also include designing and building the required optical and electronic setups to carry out the desired measurements on the trapped nanodiamond. These include excitation and detection setups for the NV- centre photoluminescence. The PhD project will then move towards the detection and verification of the presence of a spatial superposition state, with the aim of generating as large a superposition as possible. This could be done whilst the diamond is trapped or in free fall.Alongside the work on the levitated experiment, the PhD project will include work on other non-levitated setups. For example, an existing room temperature confocal microscope will be used in order to characterise nanodiamond samples, before trapping them in the levitated experiment.
金刚石中的单氮(NV-)中心具有孤立的电子和核自旋,可以在室温下存储量子信息超过一秒钟。使用磁引力陷阱使纳米金刚石悬浮,理论上认为,一旦冷却,纳米金刚石可以被置于空间状态的叠加中。长期目标是,这种方法将测试空间叠加态的宏观极限。该博士项目从建立磁引力陷阱开始,以便在室温和压力下实现一致的捕获。下一步是实施真空和氦气冷却系统,这将使包含阱的腔室分别达到高真空和8 K。沿着真空和冷却系统,博士项目还将包括设计和建造所需的光学和电子装置,以对捕获的纳米金刚石进行所需的测量。这些包括NV中心光致发光的激发和检测设置。然后,博士项目将转向检测和验证空间叠加态的存在,目的是产生尽可能大的叠加。这可以在钻石被困或自由落体时完成。除了悬浮实验的工作外,博士项目还将包括其他非悬浮装置的工作。例如,将使用现有的室温共聚焦显微镜,以便在悬浮实验中捕获纳米金刚石样品之前,对其进行预处理。

项目成果

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