Изготовление высококачественных алмазных зондов, включая выращивание сверхчистого алмаза, инъекцию ионов и процесс микронанообработки, освоение основного процесса подготовки времени когерентности и высокостабильных алмазных квантовых датчиков.
Сверхвысокое пространственное разрешение для квантовоточного измерения магнитного поля, электрического поля и температуры в нанометровом масштабе.
Высокоточное манипулирование квантовыми состояниями. Благодаря компонентам широкополосной микроволновой модуляции высокой мощности с точностью до 50 пикосекунд для достижения малошумящего, эффективного и быстрого квантово-когерентного манипулирования вращением.
Можно проводить длительные эксперименты без присмотра. Интеллектуальное программное обеспечение управления и система сбора сигналов, включая автоматический эксперимент центра цвета, автоматическую калибровку оптического пути, автоматическую регулировку магнитного поля и т. д.
Приложения в спектральном анализе и структурном анализе
Квантовая алмазная односпиновая спектроскопия CIQTEK может применяться для анализа структуры и функций биологических макромолекул, визуализации одиночных молекул, субклеточной визуализации, сортировки клеток и т. д., а шкала измерений охватывает порядок от нанометров до микрометров.
- Электронный парамагнитный резонанс (ЭПР) для одного белка и отдельной молекулы
ЭПР (ЭПР)-спектроскопию отдельных белковых молекул в условиях окружающей среды изучали путем анализа взаимодействия NV-центра и внешних электронных спинов. Измерение материалов на наноуровне или даже на уровне одного спина может получить информацию, скрытую средним статистическим значением ансамбля, чтобы понять структуру и свойства материалов более фундаментально.
- Наномасштабный ядерный магнитный резонанс
В области одномолекулярного ЯМР в последние годы достигнут быстрый прогресс. В 2016 г. с помощью этого метода были получены ЯМР-спектры отдельных белков. С развитием технологий разрешение химического сдвига значительно улучшилось. Можно достичь разрешения 1 Гц (объем образца: пиколитр) и реализовать ЯМР в масштабе одной ячейки.
- Обнаружение температуры, магнитного поля, потенциала действия в живых клетках
Применение NV-центра в алмазных наночастицах для отслеживания живых клеток в режиме реального времени может обеспечить наномасштабное локальное измерение температуры, чтобы отслеживать локальные изменения температуры в активных состояниях, таких как раковые клетки, и получать обратную связь об их физиологическом состоянии. Применение центров окраски NV для обнаружения потенциалов действия одиночных нейронов червей заложило основу для применения этой технологии в области нейробиологии. Визуализация магнитного поля магнитотактических бактерий осуществляется за счет использования магнитных свойств NV-центров.
Приложения в квантовых вычислениях
- Квантовые вычисления
Квантовые вычисления относятся к использованию квантово-механических явлений для изучения вычислительных систем для выполнения операций с данными.
- Алмазные NV-центры как кубиты
Спин NV-центра в алмазе можно инициализировать, манипулировать и считывать с высокой эффективностью в условиях окружающей среды, и он имеет длительное время когерентности, что является идеальным кубитом.
- Примеры применения квантовых вычислений
> Высокоточное квантовое управление
Микроволновой импульс можно использовать для управления переворотом спинового состояния NV-центра для формирования квантовых ворот. Точность работы однокубитного квантового вентиля может достигать 99,99 % благодаря сложной конструкции последовательности импульсов. Это текущий рекорд точности однокубитного квантового вентиля, достигший порога отказоустойчивости.
> Квантовый алгоритм
Квантовый алгоритм использует многие фундаментальные свойства квантовой механики, такие как квантовая суперпозиция, параллелизм, запутанность, коллапс измерений и т. д. Эти физические свойства очень помогают повысить эффективность вычислений и образуют совершенно новый режим вычислений — квантовый алгоритм. Алгоритм D-J и алгоритм факторизации больших чисел были продемонстрированы с использованием NV-центра, что является важным шагом на пути к созданию квантового компьютера при комнатной температуре.
> Квантовая коррекция ошибок
Ошибки всегда неизбежны, как в классических, так и в квантовых вычислениях. При классической обработке информации часто используется кодирование, чтобы уменьшить вероятность ошибки. Аналогично, в квантовых вычислениях вероятность возникновения ошибок также может быть уменьшена за счет квантовой коррекции ошибок. Электронные спины в алмазах могут управляться быстро, тогда как ядерные спины имеют более длительное время когерентности. Гибридная система, состоящая из электронного спина и близлежащего ядерного спина, используется для демонстрации процесса квантовой коррекции ошибок, который является важным шагом на пути к масштабируемости квантовых вычислений.
