利用镜子来提高轻质粒子的质量

NV中心的金属属性是它们的电子自旋的状态可以从它们发射的光子确定。将这种系统放置在两个镜子之间可以大大提高发射光子的速率和产量。因此，在量子技术应用中使用NV中心的关键条件得到满足。来源：巴塞尔大学物理系

巴塞尔大学物理系和瑞士纳米科学研究所的科学家们成功地大幅提高了量子系统产生的各种光子的质量。随着他们的文章最近在PhysicalReview X上发表，科学家们已经成功地将10年的理论预测付诸实践。他们已经迈出了在未来量子信息技术应用的重要一步。

多年来，科学家一直在使用电子自旋来存储和处理信息。一种可行的方法是使用其中电子自旋的量子态与发射的光粒子（光子）的量子态连接的量子系统。

氮空位中心（NV中心）被认为是这种方法的经证实的结构，允许电子自旋被容易地读取和操纵。这些NV中心是钻石晶格中的天然缺陷，研究人员在过去几十年中已经能够控制。

需要更好的光子

NV中心在量子信息处理领域特别有趣，因为它们发射携带关于其电子旋转状态的信息的单个光子。这些光子又可以在各种NV中心之间产生量子纠缠;这种纠缠甚至可以在很大距离上建立，因此可用于数据传输。

然而，对于量子信息技术的应用，在发射光子的数量上以及最重要的质量方面都需要有显著的改进，因为迄今为止只有一部分光子可以用于产生纠缠。

成功优化

博士生Daniel Riedel现在已经成功地将这些NV中心的有用光子的产量从3％提高到目前的50％。此外，他已经能够将光子的发射率几乎翻倍。

Riedel通过在两个微小镜子之间放置一块纳米级的金刚石，尺寸仅为几百纳米，实现了这些显著的改进。理论上10年前已经描述了NV中心在空腔内的位置应该增加光子的产量。然而，到现在为止，没有一个研究小组把这个理论付诸实践。

瑞士纳米科学研究所的博士学院成立于2012年，该论文作为其中博士论文的一部分出现。“我们克服了量子互联网路径上的重要障碍，”巴塞尔大学物理系主管教授理查德·沃伯顿教授说。

还负责监督这项工作的Patrick Maletinsky教授补充说：“在巴塞尔，这里的光子学，特殊钻石结构和纳米加工领域的专门知识的独特组合意味着有可能首次克服这个10年来的挑战。”