筑波大學(xué)的科學(xué)家們展示了如何利用超快光譜來提高量子傳感器的時間分辨率。通過測量金剛石晶格中相干自旋的方向，他們表明磁場甚至可以在很短的時間內(nèi)被測量出來。這項工作可能促進超高精度測量領(lǐng)域的發(fā)展，即量子計量學(xué)，以及基于電子自旋的“自旋電子”量子計算機的發(fā)展。

       量子傳感提供了以納米分辨率極其精確地監(jiān)測溫度以及磁場和電場的可能性。通過觀察這些特性如何影響傳感分子內(nèi)的能級差異，納米技術(shù)和量子計算領(lǐng)域的新途徑可能變得可行。然而，由于發(fā)光壽命有限，傳統(tǒng)量子傳感方法的時間分辨率以前被限制在微秒范圍內(nèi)。需要一種新的方法來幫助改進量子傳感。

       現(xiàn)在，由筑波大學(xué)領(lǐng)導(dǎo)的一組研究人員開發(fā)了一種在著名的量子傳感系統(tǒng)中實現(xiàn)磁場測量的新方法。氮空位（NV）中心是鉆石中的特定缺陷，其中兩個相鄰的碳原子已被氮原子和空位取代。該位點的額外電子的自旋狀態(tài)可以使用光脈沖讀取或相干操縱。

       “例如，帶負(fù)電荷的NV自旋狀態(tài)可以用作具有全光學(xué)讀出系統(tǒng)的量子磁強計，即使在室溫下也是如此，”第一作者 Ryosuke Sakurai 說。該團隊使用“逆科頓-穆頓”效應(yīng)來測試他們的方法。正常的科頓-穆頓效應(yīng)發(fā)生在橫向磁場產(chǎn)生雙折射時，雙折射可以將線性偏振光改變?yōu)榫哂袡E圓偏振。在這個實驗中，科學(xué)家們做了相反的事情，利用不同偏振的光來產(chǎn)生微小的受控局部磁場。

       日本高級科學(xué)技術(shù)研究所Muneaki Hase和他的同事Toshu An說：“利用非線性光磁量子傳感技術(shù)，將有可能在具有高時空分辨率的先進材料中測量局域磁場或自旋電流?！痹搱F隊希望這項工作將有助于使量子自旋電子計算機成為敏感的自旋態(tài)，而不是像目前的計算機那樣僅僅是電荷。這項發(fā)表在APL Photonics上的研究，也可能使新的實驗在現(xiàn)實的設(shè)備操作條件下觀察磁場的動態(tài)變化，甚至可能是單自旋。

       相關(guān)文獻：

       Ryosuke Sakurai et al, Ultrafast opto-magnetic effects induced by nitrogen-vacancy centers in diamond crystals, APL Photonics (2022).DOI: 10.1063/5.0081507