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近日，合肥工業大學電子科學與應用物理學院量子信息實驗室在金剛石NV色心量子調控技術上取得多項進展，分別利用納秒激光脈沖實現了自旋量子系統的高效初態制備（工作一），以及利用固態自旋模擬器模擬量子多體系統的動力學相變（工作二）。這兩項工作分別發表于高水平物理學雜志《Photonics Research》和《Applied Physics Letters》上。

圖1.利用納秒激光脈沖實現自旋量子系統高效初態制備的示意圖

       金剛石NV色心是目前量子信息領域研究的熱點方向。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，在實驗中通常需要利用激光對電子自旋進行初始化（極化）。該極化過程較為復雜，合肥工業大學量子信息團隊通過數值模擬結合實驗深入研究了激光脈沖寬度對極化效果的影響。在研究中發現當激光脈沖變短時，由于亞穩態布居減少導致最終極化率會有所提升。基于這一發現，該團隊發展了一種利用極短激光脈沖（4-5納秒）進行電子自旋初始化的新方法，該方法在實驗中可以將電子自旋的初始化保真度提高約10%，這相當于在相同信噪比的情況下，實驗效率可以提高約20%。該工作7月14日在線發表于美國光學會旗下《Photonics Research》雜志上，該雜志2019年影響因子5.720，位于中科院分區I區（物理學）。該工作共同第一作者為博士研究生宋雨萌和田宇，徐南陽教授，陳冰副教授和杜江峰院士為共同通訊作者。

圖2.固態自旋量子比特模擬動力學量子相變過程

在此前的另一項研究中，團隊還利用金剛石NV色心中的電子自旋來實現了自旋鏈的動力學量子相變過程的模擬。該工作通過能帶模型把自旋鏈從實空間轉化到準動量空間，測量了系統處在順磁相和鐵磁相時的速率函數，得到了只有處在順磁相時才能觀測到動力學相變過程。同時在實驗上通過測量超越量子關聯的量子信息擴散項（out-of-time-order correlation, OTOC）來探測橫向場伊辛模型非平衡相變并量化研究了其中量子關聯和量子相干的形成。這個實驗工作可以被進一步的應用在另外一些多體物理系現象的研究，如多體局域化問題等。工作該發表于5月11日《Applied Physics Letters》雜志上，該雜志為自然指數收錄，陳冰副教授為第一作者，碩士生侯先飛為第二作者，徐南陽教授為通信作者，牛津大學申恒研究員為共同通信作者。
       上述工作得到了國家重點研發計劃，國家自然科學基金委以及中央高校基本科研業務費等的支持。
       論文鏈接：https://doi.org/10.1364/PRJ.386983.https://doi.org/10.1063/5.0004152；