氧化镁中的NV-中心作为混合量子技术的自旋量子比特

最近的预测表明，诸如 MgO 和 CaO 等氧化物可以作为具有长相干时间的自旋缺陷的宿主，因此是量子应用的有前景材料。然而，在大多数情况下，具体的缺陷尚未被识别。在此，我们利用高通量第一性原理框架和先进的电子结构方法，在 MgO 中识别出一种由间隙氮和镁空位组成的带负电复合体，该复合体具有有利于混合量子技术的电子和光学性质。我们证明，这种 NV- 中心具有稳定的三重态基态和激发态，以及能够实现光学初始化和自旋依赖读出的单重态搁置能级。我们预测了若干性质，包括吸收、发射和零声子线能量，以及零场分裂张量和超精细相互作用参数，这些都有助于该缺陷的实验识别。我们的计算表明，由于强烈的赝 Jahn-Teller 效应和低频声子模式，MgO 中的 NV- 中心受到显著的振动耦合影响。我们讨论了减少这种耦合并增加 Debye-Waller 因子的设计策略，包括应变效应和缺陷态的局域化。我们认为，NV- 缺陷的优良特性，加上 MgO 的技术成熟度，可以实现混合经典-量子应用，例如自旋电子量子传感器和单量子比特门。