DIAMOND II - продвинутая система ODMR спектрометрии для изучения NV центров в алмазах

Продвинутая система ODMR спектрометрии DIAMOND II - это квантовая экспериментальная платформа, основанная на спиновом магнитном резонансе NV-центров в алмазах. Система способна выполнять микроскопическую магнитную резонансную спектроскопию и визуализацию отдельных молекул и клеток. 

Управляя основными физическими величинами, такими как оптические, электрические и магнитные показатели, устройство реализует квантовые процессы и считывание спинов NV-центров. Так система позволяет демонстрировать основные концепции квантовых вычислений, такие как кубиты, квантовые вентили и квантовые алгоритмы.

DIAMOND II работает в обычных условиях окружающей среды и не нуждается в криогенных средах, что позволяет проводить экспериментальные курсы по квантовой механике и квантовым вычислением в обычной студенческой аудитории или лаборатории.

Варианты применения:

• Спектральный и структурный анализ.

Квантовый алмазный односпиновый спектрометр может применяться для анализа структуры и функций биологических макромолекул, субклеточной визуализации, сортировки клеток и т. д., при этом масштаб измерений охватывает диапазон от нанометров до микрометров.

• Электронный парамагнитный резонанс для анализа отдельных белков и молекул.

Методом электронного парамагнитного резонанса исследовалась спектроскопия отдельных молекул белка при комнатных условиях с использованием взаимодействия между NV-центром и внешними электронными спинами. Измерение материалов на наномасштабе или даже на уровне отдельных спинов позволяет получить информацию, которая обычно недоступна ввиду усреднения по квантовому ансамблю, что способствует более глубокому пониманию структуры и свойств материалов.

• Обнаружение температуры, магнитного поля, потенциала действия в живых клетках.

Применение NV-центров в алмазных наночастицах для отслеживания живых клеток в режиме реального времени позволяет проводить локальное измерение температуры в наномасштабе, отслеживая локальные изменения температуры и физиологического состояния в таких материалах, как раковые клетки.
Применение NV-центров для обнаружения потенциалов действия отдельных нейронов у червей стало началом применения этой технологии в области нейронауки.
Учёт магнитных свойств NV-центров делает возможным визуализацию магнитного поля магнитотактических бактерий.

• Квантовые вычисления.

Квантовые вычисления – это использование явлений квантовой механики для изучения вычислительных систем с целью выполнения операций с данными. Машина, выполняющая задачи квантовых вычислений, называется квантовым компьютером.

Использование алмазного NV-центра как кубита

Спин NV-центра в алмазе инициализируется, управляется и считывается с высокой эффективностью в комнатных условиях и обладает длительным временем когерентности, что делает его идеальным кубитом. Основываясь на этой технологии можно производить высокоточный квантовый контроль и коррекцию ошибок в процессе квантовых вычислений.