量子计算和量子精密测量选哪个好一点?
admin
2023-06-26 12:02:34
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很巧的是,我的研究方向包括了量子计算和量子精密测量,而且实验系统正是NV色心。正好在飞机上无聊,来说一下自己的意见,仅供参考。

你说的量子精密测量我猜你具体想指的是量子传感(quantum sensing)? 当然用NV作为on table的平台去测磁矩测精细常数或者一些dark matter的coupling model也是有的,但大部分还是用量子传感更好些。另外我假设你应该对NV有了些了解,我就直奔主题了。

首先量子计算方面,NV的优势一个是室温长相干时间,低温下表现更好,像Hanson他们4K下T1可以到小时的量级,更别说周围的核自旋了。劣势也有很多,比如NV有charge state的问题,比如难以集成化,而且不像超导离子阱一样可以很好的调控耦合,NV-NV以及NV-nuclear的dipolar coupling是always on的。dipolar coupling对相互之间的距离要求就很高,而且control往往受限于hyperfine相互作用。要精确的在钻石的某一个地方制造一个NV是很难的,march meeting时候有听到报告说现在可以在几nm的精度内制造NV。 一些小的算法在NV上已经有很多demonstration了,但真正像超导离子阱那样做一个几十个qubit的系统还是难度很大。state-of-art的话像今年Taminau他们利用NV和周围核自旋我记得做出了10个qubit的register。总之在量子计算方面的很多人也包括我目前对NV系统并不持乐观态度。

其次量子传感以及精密测量,这也是我主要在做的方向。NV作为单个spin因为本身scale比较小,可以有很好的空间分辨率,并且在室温和低温下都可以去测量local的信号比如磁场温度电场等等,这一点还是很重要的。另外一些微波操控可以进一步延长NV的相干时间,可以有很高的灵敏度,还可以用集群的NV去测信号又会有一个1/sqrt{N}的增益。一个是可以用NV测一些材料或者凝聚态里面比比较有意思的东西,像最近NV实现在science上三连测加压下材料的磁信号比如迈斯纳效应等等。这方面近几年有很多有意思的工作出来,相当于给凝聚态提供了另一个可能的实验方法吧。还有一个是用NV测一些生物/化学方面的东西,比如我们隔壁哈佛他们在测神经元的电信号,还有把NV放到虫子里测local的温度等等。再比如把NV和其他材料结合,即结合传统精密测量与量子系统,让NV测到一些NV本来不能直接测的信号,比如蛋白质酶等等,我个人觉得还是蛮有趣的。

关于这个领域要学哪些东西,NV的东西读几天paper你就懂了,量子计算的话刷Nilsen/Chuang刷paper入门也不难,不过要做出一些好的demonstration实验或者设计出一个牛逼的量子算法还是很有难度的。量子传感可能会要求你对生化材方面都要学一些东西,取决于你具体要做的实验,我前段时间就在刷有机化学的东西(我太难了),综述可以看RMP我老板写的那个,入门都是不难的。至于好不好发paper,这个变量就太多了我给不出回答。

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