金刚石固态量子计算中荧光收集效率和分辨率的研究

摘要

20世纪90年代中期，随着Shor算法和Grover算法的提出，量子计算领域得到广泛关注。在理论方面不断取得重大突破的同时，其物理实现方案也被逐一提出。在众多备选方案中，基于金刚石NV色心(Nitrogen-Vacancy colorcenter)的固态量子计算方案以其单自旋、室温下即可实现量子态操作等独特优势而备受青睐。
　　金刚石的高折射率对NV色心所发荧光的收集效率造成了一定的困难。利用固态半球面镜（Solid Immersion Lens，SIL）可有效提高NV色心荧光收集效率，提高实验速率，缩短实验时间，从而有效减小外部环境对实验的影响。
　　多比特量子逻辑门的构建和量子比特的精确定位对传统的激光扫描共聚焦显微镜提出了新的挑战。结合受激发射损耗(Stimulated Emission Depletion，STED)以及基态损耗(Ground State Depletion，GSD)等超高分辨显微成像技术能有效地缓和两者之间的矛盾，对多比特量子逻辑操作的实现、进而对量子计算机的实现都具有重大意义和深远影响。
　　本文主要介绍传统共聚焦NV色心方案中荧光收集效率计算以及超高分辨技术与NV色心的结合。全文共分五章，第一章介绍本文的相关研究背景，第二章主要介绍NV色心体系，第三章是共聚焦光路中收集效率的计算，第四章介绍STED以及GSD与NV色心的结合，第五章是对全文的简要总结以及展望。