动力学退耦合下金刚石中氮自旋浴内氮-空位自旋系综的量子退相干

金刚石中带负电的氮-空位 (NV) 中心已成为量子技术应用的领先量子比特平台。基于 NV 的量子应用面临的关键挑战之一是建立一个准确的模型来预测其退相干特性及其量子本质。在本研究中，我们结合理论与实验，研究了存在氮施主 (P1 中心) 浴情况下的 NV 退相干动力学，这是金刚石中主要的退相干源之一。我们采用团簇关联展开 (CCE) 方法，计算了在 1ppm 至 300 ppm 的不同 P1 浓度下，Hahn-echo (HE) 和 Carr-Purcell-Meiboom-Gill (CPMG) 脉冲序列作用下的 NV 退相干。结果表明，相干时间 (T2) 随施加的 pi 脉冲数量的增加而增加，这表明 NV 自旋已与 P1 浴退耦合。值得注意的是，我们发现 T2 在对数尺度下表现为脉冲数的二次函数标度，这与文献中广泛接受的半经典理论所预测的线性标度不同。在实验中，我们测量了 P1 浓度分别为 0.8ppm 和 13ppm 的两块金刚石样品的 CPMG 信号。我们证明 T2 的标度确实是二次的，从而证实了我们的理论预测。结果表明，量子浴模型结合 CCE 方法能够准确捕捉 P1 驱动的 NV 退相干的量子本质。我们的研究为开发可用于优化基于 NV 的量子器件性能的完整噪声模型开辟了新途径。