量子物理
[提交于 2025年7月24日
]
标题: 氮空位中心的数字孪生仿真工具箱
标题: Digital Twin Simulations Toolbox of the Nitrogen-Vacancy Center in Diamond
摘要: 色心缺陷在固体中,特别是金刚石中的氮空位(NV)中心,是量子技术应用的关键物理平台。因此,对NV系统的精确和严格的数值建模对于该领域的持续进步是必不可少的。在此背景下,本工作开发了一个Python软件,用于在一般实验条件下模拟脉冲序列中的NV自旋动力学,即数字孪生。该库考虑了电磁脉冲和其他环境输入,这些用于求解系统的时变动力学,从而以量子力学可观测量的形式给出物理输出,即荧光。模拟框架基于非微扰的时间依赖哈密顿量模型,在实验室框架中求解。通过消除诸如瞬时$\delta$脉冲假设和旋转波近似等过度简化的假设,我们的模拟揭示了现实脉冲约束带来的细微动力学,这些动力学影响量子系统。三个用例示例说明了该软件的使用,并通过将模拟结果与已建立的实验工作进行比较来验证它,这些工作涉及量子计算(两量子比特条件逻辑门)、传感(NV与耦合自旋之间的抗噪声动态解耦序列)和网络(纠缠NV之间的量子态传送)。总体而言,这个数字孪生提供了NV自旋动力学的稳健且详细的数值建模,具有简单易用的特点,适用于广泛的应用范围。
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