Herstellung hochwertiger Diamantsonden, einschließlich der Züchtung von ultrareinem Diamant, Ioneninjektion und Mikro-Nano-Verarbeitungsprozess, Beherrschung des Kernprozesses der Vorbereitung der Kohärenzzeit und hochstabiler Diamantquantensensoren.
Ultrahohe räumliche Auflösung für die quantenpräzise Messung des Magnetfelds, des elektrischen Felds und der Temperatur im Nanometerbereich.
Hochpräzise Quantenzustandsmanipulation. Mit 50 Pikosekunden-Zeitpräzisions-Breitband-Hochleistungs-Mikrowellenmodulationskomponenten für eine rauscharme, effiziente und schnelle quantenkohärente Manipulation des Spins.
Lange unbeaufsichtigte Experimente können durchgeführt werden. Intelligente Steuerungssoftware und Signalerfassungssystem, einschließlich automatischem Experimentieren des Farbzentrums, automatischer Kalibrierung des optischen Pfads, automatischer Anpassung des Magnetfelds usw.
Anwendungen in der Spektralanalyse und Strukturanalyse
Die Quantendiamant-Einzelspinspektroskopie von CIQTEK kann zur Analyse der Struktur und Funktion biologischer Makromoleküle, Einzelmolekülbildgebung, subzellulärer Bildgebung, Zellsortierung usw. eingesetzt werden, und der Messbereich reicht von der Größenordnung von Nanometern bis Mikrometern.
- Elektronenparamagnetische Resonanz (EPR) für einzelne Proteine und einzelne Moleküle
Die EPR (ESR)-Spektroskopie einzelner Proteinmoleküle bei Umgebungsbedingungen wurde durch Analyse der Wechselwirkung zwischen dem NV-Zentrum und externen Elektronenspins untersucht. Durch die Messung von Materialien im Nanomaßstab oder sogar auf einem einzelnen Spinniveau können Informationen gewonnen werden, die durch einen statistischen Durchschnitt des Ensembles verborgen bleiben, um die Struktur und Eigenschaften von Materialien grundlegender zu verstehen.
- Nanoskalige Kernspinresonanz
Auf dem Gebiet der Einzelmolekül-NMR wurden in den letzten Jahren rasante Fortschritte erzielt. Im Jahr 2016 wurden mit dieser Technik NMR-Spektren einzelner Proteine gewonnen. Mit der Entwicklung der Technologie wurde die Auflösung der chemischen Verschiebung dramatisch verbessert. Es kann eine Auflösung von 1 Hz (Probenvolumen: Pikoliter) erreicht und NMR im Einzelzellenmaßstab realisiert werden.
- Erfassung von Temperatur, Magnetfeld und Aktionspotential in lebenden Zellen
Durch die Anwendung des NV-Zentrums in Diamant-Nanopartikeln zur Verfolgung lebender Zellen in Echtzeit kann eine lokale Temperaturmessung im Nanomaßstab erreicht werden, um lokale Temperaturänderungen in aktiven Zuständen wie Krebszellen zu überwachen und Rückmeldungen zu deren physiologischem Zustand zu erhalten. Der Einsatz von NV-Farbzentren zur Erkennung der Aktionspotentiale einzelner Neuronen in Würmern hat den Grundstein für die Anwendung dieser Technologie im Bereich der Neurowissenschaften gelegt. Die Magnetfeldbildgebung magnetotaktischer Bakterien wird durch die Nutzung der magnetischen Eigenschaften von NV-Zentren realisiert.
Anwendungen im Quantencomputing
- Quantencomputing
Unter Quantencomputing versteht man die Nutzung quantenmechanischer Phänomene zur Untersuchung von Computersystemen zur Durchführung von Datenoperationen.
- Diamond NV-Zentren als Qubits
Der NV-Zentrumsspin in einem Diamant kann bei Umgebungsbedingungen mit hoher Effizienz initialisiert, manipuliert und ausgelesen werden und weist eine lange Kohärenzzeit auf, was ein ideales Qubit darstellt.
- Anwendungsbeispiele für Quantencomputing
> Hochpräzise Quantenkontrolle
Der Mikrowellenpuls kann verwendet werden, um die Umkehrung des Spinzustands des NV-Zentrums zu steuern, um ein Quantengatter zu bilden. Durch ein ausgeklügeltes Design der Pulssequenz kann die Betriebstreue des Single-Qubit-Quantengatters 99,99 % erreichen. Dies ist der aktuelle Rekord der Quantengattertreue eines einzelnen Qubits und erreicht eine Fehlertoleranzschwelle.
> Quantenalgorithmus
Der Quantenalgorithmus nutzt viele grundlegende Eigenschaften der Quantenmechanik, wie Quantenüberlagerung, Parallelität, Verschränkung, Messkollaps usw. Diese physikalischen Eigenschaften tragen wesentlich zur Verbesserung der Recheneffizienz bei und bilden einen völlig neuen Rechenmodus – den Quantenalgorithmus. Der D-J-Algorithmus und der Faktorisierungsalgorithmus für große Zahlen wurden mithilfe des NV-Zentrums demonstriert, was einen wesentlichen Schritt zur Realisierung eines Quantencomputers bei Raumtemperatur darstellt
> Quantenfehlerkorrektur
Fehler sind immer unvermeidlich, sowohl im klassischen als auch im Quantencomputing. In der klassischen Informationsverarbeitung wird Codierung häufig eingesetzt, um die Fehlerwahrscheinlichkeit zu verringern. Auch bei der Quantenberechnung kann die Wahrscheinlichkeit des Auftretens von Fehlern durch Quantenfehlerkorrektur verringert werden. Elektronenspins in Diamanten können schnell betrieben werden, während Kernspins eine längere Kohärenzzeit haben. Das Hybridsystem aus elektronischem Spin und nahegelegenem Kernspin wird verwendet, um den Quantenfehlerkorrekturprozess zu demonstrieren, der einen entscheidenden Schritt in Richtung der Skalierbarkeit der Quantenberechnung darstellt.
