基于金刚石NV色心－腔耦合体系的可扩展量子计算研究

金刚石NV色心拥有优秀的自旋退相干性质和室温下可进行单自旋操控、读出的突出能力，是极具潜力实现量子计算的物理体系。但是当前NV色心在向多量子比特扩展上的困难制约了该领域研究的进一步发展。将NV色心与腔耦合起来实现量子计算，是解决这一难题的一种可行方案。本项目拟对金刚石NV色心－腔耦合体系的实现和应用展开研究，具体研究内容包括：1）色心与腔强耦合的实验实现；2）色心－腔耦合体系中的精确量子调控和可控量子信息相干转换；3）基于此耦合体系的可扩展量子计算架构设计。通过理论和实验相结合的研究手段，本项目有可能在NV色心－腔耦合体系的研究上做出重要的成果，为解决NV色心量子计算的扩展性难题和实现最终的量子计算机贡献出我们的力量。

本项目开展金刚石氮-空穴缺陷中心（NV）与腔耦合的实验研究。通过NV色心与微腔光子的耦合，突破NV色心量子计算的可扩展瓶颈，为实现大规模量子计算做出贡献。经过三年的努力，项目组在实现NV色心自旋与微腔光子耦合的目标上做出了扎实的进展。发表了9篇SCI研究论文，包括3篇Physical Review Letters和4篇Physical Review A/B。取得的主要进展和代表性科研成果包括：（1）完成了相关研究所必需的低温光探测磁共振实验平台的建设；（2）完成了多批次NV自旋样品制备和金刚石-微腔集成体系的制备与测试；（3）发展了NV单自旋高精度操控实验技术；（4）实验实现突破T2极限、逼近T1极限的高精度单自旋量子逻辑门（Phys. Rev. Lett. 112, 050503 (2014)）；（5）使用NV自旋体系模拟拓扑量子相变的量子模拟方案（Phys. Rev. B 89, 045432 (2014)，亮点文章）。上述研究成果为进一步探索实现NV色心与微腔光子的强耦合提供了良好的实验条件和研究基础。