悬浮纳米金刚石阵列中氮空位中心的可扩展通用量子门

氮空位(NV)中心纳米金刚石因其室温自旋相干性和光可寻址性，成为量子信息处理的有前景平台。然而，可扩展的量子处理器受限于实现NV自旋之间强而可控相互作用的挑战。本文提出一种可扩展架构，利用悬浮纳米金刚石阵列，其中扭转振动可介导嵌入NV中心之间的相干耦合。通过优化椭圆形纳米粒子的形状，我们实现了悬浮纳米金刚石扭转模式之间超过119 kHz的光诱导耦合强度，约为该系统典型退相干率的两倍。这种强相互作用结合磁场使能的自旋-扭转耦合，在空间上分离的NV中心之间建立了有效相互作用。数值仿真确认，动态去相干可抑制热噪声和自旋退相干，实现的两量子门保真度超过99%。本工作为可重构的量子混合系统提供了基础，潜在应用包括旋转测量和可编程量子处理。