通过微腔实现分离NV色心间的纠缠与量子信息传递

"在两个分离NV色心之间实现纠缠和量子态传递的有效方案，通过使用两个回音壁模式的球型介质微腔作为中介，利用倏逝场或光纤锥波导进行耦合，理论推导出有效哈密顿量，证实了在一定条件下能实现NV色心间的纠缠态及量子信息传递。" 该研究提出了一种创新的方法来实现在两个空间分离的氮空穴色心（NV中心）之间的量子纠缠和信息传递。NV中心是固态系统中的量子比特，因其独特的性质在量子计算和量子通信领域具有重要应用。在这个方案中，研究者利用了两个具有回音壁模式的球型介质微腔，这些微腔能够高效地存储和操纵光子，从而为量子信息处理提供平台。 回音壁模式是指在微腔内光子能够沿着特定路径反复反射，形成类似于声学回音壁的现象，这种模式允许光子在微腔内长时间驻留，增加了与NV中心相互作用的机会。微腔通过两种方式与NV中心耦合：一是利用微腔的倏逝场，即微腔边缘的非辐射电磁场与NV中心相互作用；二是通过光学纤维锥波导进行耦合，这是一种高效的光子传输手段，可以将微腔与远程量子系统连接起来。 研究的核心在于推导出描述整个系统的有效哈密顿量，这是理解和控制量子系统演化的关键。通过分析这个哈密顿量，研究人员证明在特定条件下，可以成功创建两个NV中心之间的纠缠态，并实现它们之间的量子信息交换。量子纠缠是量子信息科学中的基础资源，是量子计算和量子通信中的关键要素，它使得两个粒子无论相隔多远都能瞬间影响对方的状态。 此外，这个方案还涉及到量子光学和量子信息处理的多个方面，包括量子纠缠态的制备、量子信息的存储和传输等。在实际应用中，这种技术可能有助于构建更复杂的量子网络，促进长距离量子通信和分布式量子计算的发展。 关键词涉及的领域包括：量子光学，这涉及到光与物质的量子交互；氮空穴色心，作为固态量子比特的重要实例；纠缠态，是量子信息科学的核心概念；量子信息传递，指的是量子态的转移和通信过程。 这项研究为实现大规模量子网络的构建提供了新的思路，通过巧妙地结合NV中心和微腔技术，有望推动量子技术的实际应用。