室温下利用 SiC 中硅空位中心的双工量子比特进行量子传感

碳化硅 (SiC) 中的硅空位中心在其自旋-$\frac{3}{2}$ 电子态下提供了一个室温下可光学寻址的量子比特。然而，在非共振光激发下，其光学自旋初始化和读出效率低于自旋-1 系统（如金刚石中的氮-空位中心）。自旋依赖荧光仅在 $|m=\pm 3/2\rangle$ 和 $|m=\pm 1/2\rangle$ 态之间表现出对比度，且光学泵浦不会在 $|+1/2\rangle$ 和 $|-1/2\rangle$ 态之间产生布居差。因此，操作单个量子比特（例如 $\left\{|+3/2\rangle, |+1/2\rangle \right\}$ 态）会使剩余态 ($|-1/2\rangle$) 的布居不受影响，从而在光学读出中产生背景。为缓解此问题，我们提出了一种基于四重态中双工量子比特操作的传感方案，利用两个共振频率的微波脉冲同时操作 $\left\{ |+3/2\rangle, |+1/2\rangle \right\}$ 和 $\left\{ |-1/2\rangle, |-3/2\rangle \right\}$。实验结果表明，与单工操作相比，该方法使光学读出的信号对比度加倍，并提高了交流磁测量的灵敏度。