利用计算方法引导金刚石自旋量子比特生长

金刚石中的氮空位（NV）中心是一种被充分研究的、具有光学活性的自旋缺陷，是许多最先进量子传感与通信应用中的原型系统。除NV中心固有的诱人特性外，其金刚石宿主的核与电子自旋浴可作为量子信息的资源加以利用，而非仅被视为退相干的来源。然而，当前的合成方法导致缺陷自旋位置随机，降低了该技术对NV-自旋浴系统的确定性控制与产率潜力，以及可扩展性和与其他技术的集成能力。在此，我们展示了将电子中心自旋退相干的理论计算作为NV-自旋浴合成工作流的一个组成部分，为基于NV中心的量子传感系统的定量设计提供前进路径。我们利用计算生成的相干数据，表征相关生长参数下单个NV中心量子比特的特性，以发现依赖于自旋浴维度与密度的相干时间分布的一般趋势。随后，我们利用理论模型构建最大似然估计器，从而能够通过NV T2*测量表征测试样品。最后，我们探究维度对强耦合电子自旋系统产率的影响。本文所呈方法具有通用性，适用于其他可被适当模拟的量子比特平台。