近日，合肥工業(yè)大學(xué)電子科學(xué)與應(yīng)用物理學(xué)院量子信息實(shí)驗(yàn)室在金剛石NV色心量子調(diào)控技術(shù)上取得多項(xiàng)進(jìn)展，分別利用納秒激光脈沖實(shí)現(xiàn)了自旋量子系統(tǒng)的高效初態(tài)制備（工作一），以及利用固態(tài)自旋模擬器模擬量子多體系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)相變（工作二）。這兩項(xiàng)工作分別發(fā)表于高水平物理學(xué)雜志《Photonics Research》和《Applied Physics Letters》上。

圖1.利用納秒激光脈沖實(shí)現(xiàn)自旋量子系統(tǒng)高效初態(tài)制備的示意圖

       金剛石NV色心是目前量子信息領(lǐng)域研究的熱點(diǎn)方向。金剛石NV色心中的電子自旋常常被作為量子比特或納米探針，在實(shí)驗(yàn)中通常需要利用激光對(duì)電子自旋進(jìn)行初始化（極化）。該極化過(guò)程較為復(fù)雜，合肥工業(yè)大學(xué)量子信息團(tuán)隊(duì)通過(guò)數(shù)值模擬結(jié)合實(shí)驗(yàn)深入研究了激光脈沖寬度對(duì)極化效果的影響。在研究中發(fā)現(xiàn)當(dāng)激光脈沖變短時(shí)，由于亞穩(wěn)態(tài)布居減少導(dǎo)致最終極化率會(huì)有所提升?；谶@一發(fā)現(xiàn)，該團(tuán)隊(duì)發(fā)展了一種利用極短激光脈沖（4-5納秒）進(jìn)行電子自旋初始化的新方法，該方法在實(shí)驗(yàn)中可以將電子自旋的初始化保真度提高約10%，這相當(dāng)于在相同信噪比的情況下，實(shí)驗(yàn)效率可以提高約20%。該工作7月14日在線發(fā)表于美國(guó)光學(xué)會(huì)旗下《Photonics Research》雜志上，該雜志2019年影響因子5.720，位于中科院分區(qū)I區(qū)（物理學(xué)）。該工作共同第一作者為博士研究生宋雨萌和田宇，徐南陽(yáng)教授，陳冰副教授和杜江峰院士為共同通訊作者。

圖2.固態(tài)自旋量子比特模擬動(dòng)力學(xué)量子相變過(guò)程

在此前的另一項(xiàng)研究中，團(tuán)隊(duì)還利用金剛石NV色心中的電子自旋來(lái)實(shí)現(xiàn)了自旋鏈的動(dòng)力學(xué)量子相變過(guò)程的模擬。該工作通過(guò)能帶模型把自旋鏈從實(shí)空間轉(zhuǎn)化到準(zhǔn)動(dòng)量空間，測(cè)量了系統(tǒng)處在順磁相和鐵磁相時(shí)的速率函數(shù)，得到了只有處在順磁相時(shí)才能觀測(cè)到動(dòng)力學(xué)相變過(guò)程。同時(shí)在實(shí)驗(yàn)上通過(guò)測(cè)量超越量子關(guān)聯(lián)的量子信息擴(kuò)散項(xiàng)（out-of-time-order correlation, OTOC）來(lái)探測(cè)橫向場(chǎng)伊辛模型非平衡相變并量化研究了其中量子關(guān)聯(lián)和量子相干的形成。這個(gè)實(shí)驗(yàn)工作可以被進(jìn)一步的應(yīng)用在另外一些多體物理系現(xiàn)象的研究，如多體局域化問(wèn)題等。工作該發(fā)表于5月11日《Applied Physics Letters》雜志上，該雜志為自然指數(shù)收錄，陳冰副教授為第一作者，碩士生侯先飛為第二作者，徐南陽(yáng)教授為通信作者，牛津大學(xué)申恒研究員為共同通信作者。
       上述工作得到了國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃，國(guó)家自然科學(xué)基金委以及中央高?；究蒲袠I(yè)務(wù)費(fèi)等的支持。
       論文鏈接：https://doi.org/10.1364/PRJ.386983.https://doi.org/10.1063/5.0004152；