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金刚石NV色心耦合纳米机械振子复合系统的量子特性及量子传感研究

批准号:
62061028
项目类别:
地区科学基金项目
资助金额:
37.0 万元
负责人:
廖庆洪
依托单位:
学科分类:
量子通信与量子信息处理
结题年份:
2024
批准年份:
2020
项目状态:
已结题
项目参与者:
廖庆洪

项目摘要

结项摘要

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中文摘要
固态量子系统如金刚石氮空位中心(NV色心)具有良好的操控性、可集成性等优点,是实现量子计算及量子信息处理的优良载体。本项目拟研究金刚石NV色心耦合纳米机械振子复合系统的量子特性和量子传感,探究基于这一复合量子系统构建新型量子器件的新原理和新方案。主要内容包括研究金刚石NV色心耦合纳米机械振子系统中量子和非线性光学效应,如机械振子冷却,电磁诱导透明现象,全光克尔效应,以及机械振子的压缩态,纠缠态等非经典态的制备;提出全光学方法测量纳米机械振子振动频率、耦合强度等新方案,揭示双光控制条件下实现纳米机械振子振动频率和耦合强度高灵敏度传感的物理机制和原理;进一步,将金刚石NV色心与微腔以及纳米机械振子系统原理结合,提出基于耦合纳米机械振子系统的高灵敏度和高精确度量子器件,包括量子全光晶体管,量子光学存储器件以及纳米光机质谱仪等。本项目的研究对精密测量、量子计算以及量子信息处理等领域具有重要的意义。
英文摘要
Solid-state quantum system, such as the nitrogen-vacancy center (NV center) in diamond, has the advantages of good controllability and integration, which is a promising candidate for quantum computation and quantum information processing. This project will investigate the quantum properties and sensing of the hybrid system consisting of NV center in diamond coupled to nanomechanical resonator, and explore new principles and schemes for constructing new quantum devices based on hybrid quantum systems. The main contents include the study of quantum and nonlinear optical effects of the hybrid system consisting of NV center in diamond coupled to nanomechanical resonator. For example, mechanical resonator cooling, electromagnetically induced transparency, all-optical Kerr effect, and the preparation of non-classical states such as the squeezed and entangled states of mechanical resonator. A new optical measurement method for measuring the vibration frequency of nanomechanical resonator and coupling strength of the system is proposed. The physical mechanism and principle of high-sensitive sensing of the vibration frequency and coupling strength of the nanomechanical resonator under the control of two optical fields are revealed. Further, the NV center in diamond is combined with micro-cavity and the principle of nanomechanical resonator system. Based on the NV center coupled to nanomechanical resonator system, the quantum devices of high sensitivity and precision are proposed, such as quantum all-optical transistor, quantum optical storage devices, nano-optomechanical mass spectrometry, and so on. The research of this project is of great significance in fields of the high precision measurement, quantum computation and quantum information processing.
本项目进展顺利,基本上按任务书中内容展开相关研究,项目的研究要点包括:(1)基于耦合金刚石NV色心复合系统的量子特性研究。具体研究了由金刚石NV色心,磁振子和光子组成的复合系统中的真空拉比分裂和克尔效应。研究了一种由微波腔、金刚石NV色心系综和磁振子组成的复合腔磁力系统中的磁力透明现象和快慢光传播的可调性。提出了基于金刚石NV色心系综复合光力系统中增强两个机械谐振器之间纠缠的方案。发明公开了一种基于金刚石NV色心耦合纳米机械振子复合系统的光学质谱仪;(2) 腔光力复合系统的机械振子冷却和光力诱导透明研究。具体提出了一种基于复合腔内压缩光力系统的冷却方案。提出了一种平方耦合光力系统中的机械振子非线性腔内压缩冷却方案。提出了通过频率调制来改善双腔光力系统的机械振子冷却效果的方案。发明公开了基于拉盖尔-高斯旋振腔的冷却系统及动态耗散冷却方法;(3) 腔光力复合系统的二阶边带研究。具体研究了由有源增益腔和含有光学参量放大器的无源耗散腔组成的PT对称光机械系统中二阶边带的产生和快慢光效应。提出了在红、蓝泵浦失谐激光器驱动下,通过双辐射压力增强和边带生成的理论方案。研究了外部机械泵浦场对双腔光力系统中二阶边带产生效率的影响。发明公开了一种增强和边带效应的腔-原子耦合的复合光力系统;(4) 基于腔磁振子复合系统的量子动力学特性研究。具体研究了钇铁石榴石小球和两个微波腔组成的复合腔磁力系统中机械振子的基态冷却。研究了由磁振子和光子组成的腔磁力系统在强耦合区的冷却动力学特性。研究了包含原子系综组成的复合腔磁力系统中可调磁力诱导透明现象和快慢光效应。提出了一种利用磁振子克尔非线性辅助光力学系统增强和边带生成的理论方案;(5) 基于超导量子比特耦合机械振子复合特性中量子特性和传感研究。提出了一个研究环形耦合的复合系统的吸收光谱和非线性极化率的方案,通过测量吸收光谱中两个峰值之间的距离合强度可以得到两个机械谐振器之间的耦合强度。提出了一种基于光子-超导量子比特-声子三体复合量子系统相互作用的方案。本项目的研究结果对精密测量,量子计算以及量子信息处理研究领域具有重要的意义。项目期间,共发表论文29篇,其中已标注论文29篇,SCI收录23篇,EI收录5篇,CSCD核心1篇,申请国家发明专利3项,其中授权发明专利1项,培养硕士研究生20人,完成了任务书预定成果指标。
腔光力学系统中量子纠缠及Casimir力调控机制研究
  • 批准号:
    61368002
  • 项目类别:
    地区科学基金项目
  • 资助金额:
    45.0万元
  • 批准年份:
    2013
  • 负责人:
    廖庆洪
  • 依托单位:
极强耦合条件下电路QED系统中量子信息处理的研究
  • 批准号:
    11247213
  • 项目类别:
    专项基金项目
  • 资助金额:
    5.0万元
  • 批准年份:
    2012
  • 负责人:
    廖庆洪
  • 依托单位:
国内基金
海外基金