Der CIQTEK Diamond Quantum Computer for Education ist ein Lehrinstrument, das auf der Spin-Magnetresonanz des Stickstoff-Leerstellen-Zentrums (NV) des Diamanten basiert. Durch die Steuerung grundlegender physikalischer Größen wie Optik, Elektrizität und Magnetismus werden Quantenmanipulation und Auslesen von NV-Zentrumsspins implementiert, was die Demonstration grundlegender Konzepte des Quantencomputings wie Qubits, Quantengatter und Quantenalgorithmen ermöglicht.
Das Instrument arbeitet bei Raumtemperatur (keine kryogene Umgebung erforderlich), sodass die Betriebskosten nahezu Null sind. Das Desktop-Design erleichtert die Anpassung an Klassenzimmer, Labore und andere Umgebungen zur Durchführung von Quantenmechanik- und Quantencomputing-Experimentalkursen.
Der Diamond Quantum Computer for Education besteht aus dem Mikrowellenmodul, dem optischen Modul, dem Leistungsmodul sowie dem Steuerungs- und Erfassungsmodul. Die reichhaltige Hardware ermöglicht es dem Instrument, eine Vielzahl grundlegender Experimente im Zusammenhang mit Quantencomputing zu unterstützen, sowie die Entwicklung zusätzlicher Lehrinhalte wie die quantenpräzise Messung und optisch detektierte Magnetresonanz (ODMR).
Richten Sie das Instrument ein und justieren Sie es. Machen Sie sich mit dem Prinzip der optisch erfassten Magnetresonanz, dem Stickstoff-Leerstellen-Zentrum (NV) in Diamanten, der Mikrowellenerzeugung und der Pulssteuerung vertraut.
Messen Sie optisch erfasste Magnetresonanzspektren von NV-Zentren, bestimmen Sie Mikrowellenresonanzfrequenzen und verstehen Sie Quantenbits.
Messung von Rabi-Oszillationen in NV-Farbzentren, die durch Mikrowellen angetrieben werden, und Bestimmung des Mikrowellenimpulses, der einem Quantenlogikgatter entspricht.
Spinecho ist eine wirksame Technik zur Unterdrückung der Kopplung zwischen dem Qubit und der Umgebung, um so die Kohärenzzeit zu verlängern.
Das T2-Experiment zeigt die Entwicklung des Quantenüberlagerungszustands und misst die Dekohärenzzeit des NV-Zentrumsspins.
Die Dekohärenzzeit wird verlängert, indem die dynamische Entkopplungssequenz so gestaltet wird, dass die Kopplung zwischen dem Qubit und der Umgebung gemittelt wird.
Auf dem Quantenprozessor des NV-Zentrums wird ein Deutsch-Jozsa-Quantenalgorithmus realisiert.
Parameter | Werte |
Qubit | Stickstoff-Leerstellen-Zentrum (NV-Zentrum) in Diamant |
Laserleistung | 10 mW |
Magnetfeld | 30 ± 20 Gauss |
Mikrowellenkanäle | 2 |
Zeitgenauigkeit | 2 ns |
Impulsgeneratorkanäle | 8 |