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量子物理

arXiv:2407.15759 (quant-ph)
[提交于 2024年7月22日 ]

标题: 用于金刚石中单个氮空位中心量子实验的教学实验室装置

标题: An instructional lab apparatus for quantum experiments with single nitrogen-vacancy centers in diamond

Authors:Zhiyang Yuan, Sounak Mukherjee, Aedan Gardill, Jeff D. Thompson, Shimon Kolkowitz, Nathalie P. de Leon
摘要: 本科生物理课程中对量子系统的实践实验经验,使学生能够更深入地理解量子物理,并为快速发展的量子科学产业做好准备。 在这里,我们介绍了一种用于在金刚石中进行单个氮空位(NV)中心量子实验的实验装置。 该装置能够进行基本实验,如单量子比特的初始化、旋转和测量,以及更高级的实验,研究电子-核自旋相互作用。 我们描述了NV中心的基本物理原理,并给出了可以使用此装置进行的潜在实验示例。 我们还讨论了选择金刚石样品和硬件时的选项及固有权衡。 此处描述的装置使学生能够在典型的实验课程的一个学期中,从头开始编写自己的实验控制和数据分析软件,同时检查装置的光学组件和内部结构。 我们希望这项工作可以作为独立资源,供任何希望在其本科物理和工程课程中融入量子教学实验室的机构使用。
摘要: Hands-on experimental experience with quantum systems in the undergraduate physics curriculum provides students with a deeper understanding of quantum physics and equips them for the fast-growing quantum science industry. Here we present an experimental apparatus for performing quantum experiments with single nitrogen-vacancy (NV) centers in diamond. This apparatus is capable of basic experiments such as single-qubit initialization, rotation, and measurement, as well as more advanced experiments investigating electron-nuclear spin interactions. We describe the basic physics of the NV center and give examples of potential experiments that can be performed with this apparatus. We also discuss the options and inherent trade-offs associated with the choice of diamond samples and hardware. The apparatus described here enables students to write their own experimental control and data analysis software from scratch all within a single semester of a typical lab course, as well as to inspect the optical components and inner workings of the apparatus. We hope that this work can serve as a standalone resource for any institution that would like to integrate a quantum instructional lab into its undergraduate physics and engineering curriculum.
主题: 量子物理 (quant-ph)
引用方式: arXiv:2407.15759 [quant-ph]
  (或者 arXiv:2407.15759v1 [quant-ph] 对于此版本)
  https://doi.org/10.48550/arXiv.2407.15759
通过 DataCite 发表的 arXiv DOI

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来自: Nathalie de Leon [查看电子邮件]
[v1] 星期一, 2024 年 7 月 22 日 16:10:59 UTC (10,146 KB)
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