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摘要

量子计算和量子传感近年来受到了广泛的关注.金刚石氮空位中心以其简单稳定的自旋能级结构、高效便捷的光学跃迁规则以及室温下超长的自旋量子态相干时间而成为量子信息科学中引人瞩目的新星.本文从实验研究的角度介绍的基础理论、典型技术和代表性结果；重点讨论1）如何通过光磁共振方法在室温大气环境下对单个自旋进行探测和相干操控，2）金刚石中自旋量子比特退相干的主要机制和抑制手段，3）自旋态相干操控技术在量子传感中的应用；最后对氮空位中心在量子计算和量子传感中的发展趋势进行了小结.

关键词:

Abstract

Quantum computing and quantum sensing have received much attention in recent years. As an atomic quantum system with super-long coherence time and spin-dependent optical transitions at room temperature, nitrogen-vacancy (NV) center in diamond is one of the well-studied physical systems in quantum information science. In this review, we brief the working principles and quantum control techniques of this single spin system, and also several experimental demonstrations. We focus on the following points:1) coherent manipulation of single spins with optically detected magnetic resonance; 2) main mechanism of NV election spin decoherence and schemes of coherence protection; 3) quantum sensing and quantum computing applications of spin quantum control techniques. Some open questions are discussed at the end of this review.

Keywords:

作者及机构信息

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通信作者:刘刚钦,gangqinliu@gmail.com;xypan@aphy.iphy.ac.cn; 潘新宇,gangqinliu@gmail.com;xypan@aphy.iphy.ac.cn

基金项目:国家重点基础研究发展计划（批准号：2014CB921402，2015CB921103）、中国科学院战略先导科技专项（B类）（批准号：XDB07010300）、国家自然科学基金（批准号：11574386）和中国科学院B类先导科技专题培育项目（批注号：XDPB0803）资助的课题.

Authors and contacts

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Corresponding author:Liu Gang-Qin,gangqinliu@gmail.com;xypan@aphy.iphy.ac.cn; Pan Xin-Yu,gangqinliu@gmail.com;xypan@aphy.iphy.ac.cn

Funds:Project supported by the National Basic Research Program of China (Grant Nos. 2014CB921402, 2015CB921103), the Strategic Priority Research Program (B) of the Chinese Academy of Sciences (Grant No. XDB07010300), the National Natural Science Foundation of China (Grant No. 11574386), and the Key Research Program of the Chinese Academy of Sciences (Grant No. XDPB0803).

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通信作者:刘刚钦,gangqinliu@gmail.com;xypan@aphy.iphy.ac.cn; 潘新宇,gangqinliu@gmail.com;xypan@aphy.iphy.ac.cn

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Corresponding author:Liu Gang-Qin,gangqinliu@gmail.com;xypan@aphy.iphy.ac.cn; Pan Xin-Yu,gangqinliu@gmail.com;xypan@aphy.iphy.ac.cn

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