基于悬浮纳米金刚石的量子多体模拟与扭转物质波干涉测量方案

混合自旋-力学系统在传感、宏观量子力学和量子信息科学领域具有巨大潜力。为了在电子自旋与机械振子的质心运动之间诱导强耦合，通常需要很大的磁场梯度，而这难以实现。本文我们证明，在均匀磁场中即可实现氮-空位（NV）中心电子自旋与光悬浮纳米金刚石扭转振动之间的强耦合。得益于均匀磁场，多个自旋可以同时与扭转振动强耦合。我们提出利用这一新的耦合机制，通过悬浮纳米金刚石中的NV中心系综来实现Lipkin-Meshkov-Glick（LMG）模型。利用该系统可观测到LMG模型中的量子相变及有限粒子数效应。我们还提出利用自旋-扭转耦合来产生扭转叠加态并实现扭转物质波干涉测量。