基于量子比特增强谱学的碳化硅中核自旋量子比特测量

与单电子自旋具有超精细耦合的核自旋是非常有价值的量子比特。本工作中，我们探测并表征了 4H-SiC 中单个硅空位色心（V2）周围尤其丰富的核自旋环境。通过使用自旋为 3/2 的电子量子比特（qudit）作为四能级传感器，我们通过超精细相互作用识别了若干组 $^{29}$Si 与 $^{13}$C 核自旋。我们利用光探测核共振提取了其超精细耦合的主要分量，并通过 DFT 模拟将其归属为晶体中的壳层组。我们利用电子自旋的基态能级反交叉实现动态核极化，获得了高达 $98\pm6\,\%$ 的核自旋极化度。我们表明该方案可用于探测单个自旋的核磁共振信号并展示其相干控制。我们的工作为未来将 SiC 用作多量子比特存储器与量子计算平台提供了一套详尽的参数。