innosferaНаука и инновацииScience and Innovations1818-98572412-9372Издательский дом «Белорусская наука»innosfera-479Research ArticleТЕМА НОМЕРА: КВАНТОВЫЕ ТЕХНОЛОГИИТЕМА НОМЕРА: КВАНТОВЫЕ ТЕХНОЛОГИИКвантовые технологии на основе центров окраски азот-вакансия в алмазеQuantum technologies based on nitrogen-vacancy color centers in diamondНизовцевА.NizovtsevA.

Александр Низовцев, главный научный сотрудник Центра «Квантовая оптика и квантовая информатика», доктор физико-математическихнаук

Alexander Nizovtsev

ПушкарчукА.PushkarchukA.

Александр Пушкарчук, старший научный сотрудник лаборатории ионного обмена и сорбции, кандидат физико-математических наук

Alexander Pushkarchuk

ФилимоненкоД.FilimonenkoD.

Дмитрий Филимоненко, научный сотрудник Центра «Квантовая оптика и квантовая информатика»

Dmitry Filimonenko

КилинС.KilinS.

Сергей Килин, заведующий Центром «Квантовая оптика и квантовая информатика», академик

Sergey Kilin

Институт физики им. Б. А. Степанова НАН БеларусиBelarusИнститут физико-органичекой химии НАН БеларусиBelarus202312092023084651Copyright © Издательский дом «Белорусская наука», 20232023Издательский дом «Белорусская наука»Издательский дом «Белорусская наука»https://innosfera.belnauka.by/jour/about/submissions#copyrightNoticehttps://innosfera.belnauka.by/jour/article/view/479

Представлен краткий обзор результатов компьютерного моделирования характеристик NV-центров в алмазе и их комплексов с ядерными спинами 13C, использование полученных данных для реализации различных квантовых технологий на их основе.

There is given a brief review of the results of the NV centers in diamond and their complexes with 13C nuclear spins characteristics computer simulation. The data obtained are used to implement various quantum technologies based on them.

Представленные результаты получены в рамках выполнения Белорусской государственной программы научных исследований ≪Конвергенция‑2025≫, задание 3.01, а также при поддержке РНФ, проект 21–42–04416.ReferencesС.Я. Килин. Впереди времени и технологий // Наука и инновации.2023. №8. С. 10–17. 2. M. W. Doherty. The nitrogen-vacancy color centre in diamond / M. W. Doherty [etal.] // Physics Reports. 2013. Vol. 528. P. 1.С.Я. Килин. Впереди времени и технологий // Наука и инновации.2023. №8. С. 10–17. 2. M. W. Doherty. The nitrogen-vacancy color centre in diamond / M. W. Doherty [etal.] // Physics Reports. 2013. Vol. 528. P. 1.J. Wrachtrup. Quantum computation using the 13C nuclear spins nearby the single NV defect center in diamond / J. Wrachtrup, S. Ya. Kilin, A. P. Nizovtsev // Оптика и Спектроскопия. 2001. Т. 91. №3. С. 460–467.J. Wrachtrup. Quantum computation using the 13C nuclear spins nearby the single NV defect center in diamond / J. Wrachtrup, S. Ya. Kilin, A. P. Nizovtsev // Оптика и Спектроскопия. 2001. Т. 91. №3. С. 460–467.S. Pezzagna. Quantum computer based on color centers in diamond / S. Pezzagna, J. Meijer // Applied Physics Reviews. 2021. Vol. 8 (1). P. 011308.S. Pezzagna. Quantum computer based on color centers in diamond / S. Pezzagna, J. Meijer // Applied Physics Reviews. 2021. Vol. 8 (1). P. 011308.M.H. Abobeih. Atomic-scale imaging of a 27‑nuclear-spin cluster using a single-spin quantum sensor / M. H. Abobeih [et al.] // Nature. 2019. Vol.576. P. 411.M.H. Abobeih. Atomic-scale imaging of a 27‑nuclear-spin cluster using a single-spin quantum sensor / M. H. Abobeih [et al.] // Nature. 2019. Vol.576. P. 411.R. Schirhagl. Nitrogen-Vacancy Centers in Diamond: Nanoscale Sensors for Physics and Biology / R. Schirhagl [et al.] // Annu. Rev. Phys. Chem. 2014. Vol. 65. P. 83–105.R. Schirhagl. Nitrogen-Vacancy Centers in Diamond: Nanoscale Sensors for Physics and Biology / R. Schirhagl [et al.] // Annu. Rev. Phys. Chem. 2014. Vol. 65. P. 83–105.Y. Wu. Diamond Quantum Devices in Biology/ Y. Wu. F. Jelezko, M. B. Plenio, T. Weil // Angew. Chem. Int. Ed. 2016. Vol. 55. P. 6586–6598.Y. Wu. Diamond Quantum Devices in Biology/ Y. Wu. F. Jelezko, M. B. Plenio, T. Weil // Angew. Chem. Int. Ed. 2016. Vol. 55. P. 6586–6598.A.P. Nizovtsev. Non-flipping 13C spins near NV center in diamond: Hyperfine and Spatial Characteristics by Density Functional Theory Simulation of the C510[NV]H252 Cluster / A.P. Nizovtsev [et al.] // New J. Phys. 2018. Vol. 20. P. 023022.A.P. Nizovtsev. Non-flipping 13C spins near NV center in diamond: Hyperfine and Spatial Characteristics by Density Functional Theory Simulation of the C510[NV]H252 Cluster / A.P. Nizovtsev [et al.] // New J. Phys. 2018. Vol. 20. P. 023022.А.П. Низовцев, С. Я. Килин. Микроволны для эффективного манипулирования ядерными спинами в системах NV‑13C в алмазе / А. П. Низовцев, С. Я. Килин // Известия РАН, серия физическая. 2020. Т. 84. №3. С. 310–316.А.П. Низовцев, С. Я. Килин. Микроволны для эффективного манипулирования ядерными спинами в системах NV‑13C в алмазе / А. П. Низовцев, С. Я. Килин // Известия РАН, серия физическая. 2020. Т. 84. №3. С. 310–316.M. Alkahtani. Growth of high-purity low-strain fluorescent nanodiamonds / М. Alkahtani [et al.] // ACS Photonics. 2019. Vol. 6. P. 1266.M. Alkahtani. Growth of high-purity low-strain fluorescent nanodiamonds / М. Alkahtani [et al.] // ACS Photonics. 2019. Vol. 6. P. 1266.A.P. Nizovtsev. Hyperfine Characteristics of Quantum Registers NV‑13С in Diamond Nanocrystals Formed by Seeding Approach from Isotopic Aza-Adamantane and Methyl-Aza-Adamanthane / A. P. Nizovtsev [et al.] // Semiconductors. 2020. Vol. 54. №12. P. 1689–1691.A.P. Nizovtsev. Hyperfine Characteristics of Quantum Registers NV‑13С in Diamond Nanocrystals Formed by Seeding Approach from Isotopic Aza-Adamantane and Methyl-Aza-Adamanthane / A. P. Nizovtsev [et al.] // Semiconductors. 2020. Vol. 54. №12. P. 1689–1691.A.P. Nizovtsev. Hyperfine interactions in the NV‑13C quantum registers in diamond grown from the azaadamantane seed / A. P. Nizovtsev [et al.] // Nanomaterials. 2021. Vol. 11. P. 1303.A.P. Nizovtsev. Hyperfine interactions in the NV‑13C quantum registers in diamond grown from the azaadamantane seed / A. P. Nizovtsev [et al.] // Nanomaterials. 2021. Vol. 11. P. 1303.M.H. Abobeih. One-second coherence for a single electron spin coupled to a multi-qubit nuclear-spin environment / M. H. Abobeih [et al.] // Nat. Commun. 2018. Vol. 9. P. 2552.M.H. Abobeih. One-second coherence for a single electron spin coupled to a multi-qubit nuclear-spin environment / M. H. Abobeih [et al.] // Nat. Commun. 2018. Vol. 9. P. 2552.H.P. Bartling. Entanglement of Spin-PairQubits with Intrinsic Dephasing Times Exceeding a Minute /H. P. Bartling [et al.] // Phys. Rev. X. 2022.Vol. 12. P. 011048.H.P. Bartling. Entanglement of Spin-PairQubits with Intrinsic Dephasing Times Exceeding a Minute /H. P. Bartling [et al.] // Phys. Rev. X. 2022.Vol. 12. P. 011048.S. Schmitt. Submillihertz Magnetic Spectroscopy Performed with a Nanoscale Quantum Sensor / S. Schmitt [et al.] // Science. 2017. Vol. 356. Р. 832–837.S. Schmitt. Submillihertz Magnetic Spectroscopy Performed with a Nanoscale Quantum Sensor / S. Schmitt [et al.] // Science. 2017. Vol. 356. Р. 832–837.A. Nizovtsev. Simulation of Indirect 13C‑13C J-Coupling Tensors in Diamond Clusters Hosting the NV Center. A. Nizovtsev [et al.] // Mater. Proc. 2022. Vol. 9. P. 4.A. Nizovtsev. Simulation of Indirect 13C‑13C J-Coupling Tensors in Diamond Clusters Hosting the NV Center. A. Nizovtsev [et al.] // Mater. Proc. 2022. Vol. 9. P. 4.А.П. Низовцев. Квантовая память на димерах13С‑13С в алмазе с NV-центрами: моделирование методами квантовой химии / А.П. Низовцев [и др.] // ЖПС. 2023. Т. 90. №5.А.П. Низовцев. Квантовая память на димерах13С‑13С в алмазе с NV-центрами: моделирование методами квантовой химии / А.П. Низовцев [и др.] // ЖПС. 2023. Т. 90. №5.Q. Chen. Steady-state preparation of long-lived nuclear spin singlet pairs at room temperature / Q. Chen, I. Schwarz, M. B. Plenio // Phys. Rev. B. 2017. Vol. 95. P. 224105.Q. Chen. Steady-state preparation of long-lived nuclear spin singlet pairs at room temperature / Q. Chen, I. Schwarz, M. B. Plenio // Phys. Rev. B. 2017. Vol. 95. P. 224105.А.П. Низовцев. Векторная магнитометрия с помощью одиночного комплекса NV-13C в алмазе / А.П. Низовцев [и др.] // ЖПС. 2022. Т. 89. №6. С. 807–814.А.П. Низовцев. Векторная магнитометрия с помощью одиночного комплекса NV-13C в алмазе / А.П. Низовцев [и др.] // ЖПС. 2022. Т. 89. №6. С. 807–814.E. Bauch. Sensitivity optimization for NV-diamond magnetometry / E.Bauch [et al.] // Rev. Mod. Phys. 2020. Vol. 92, P. 015004.E. Bauch. Sensitivity optimization for NV-diamond magnetometry / E.Bauch [et al.] // Rev. Mod. Phys. 2020. Vol. 92, P. 015004.S.M. Blakley. Fiber-optic vectorial magnetic-field gradiometry by a spatiotemporal differential optical detection of magnetic resonance in nitrogen–vacancy centers in diamond / S. M. Blakley [et al.] // Optics Letters. 2016. Vol. 41. P. 2057–2060.S.M. Blakley. Fiber-optic vectorial magnetic-field gradiometry by a spatiotemporal differential optical detection of magnetic resonance in nitrogen–vacancy centers in diamond / S. M. Blakley [et al.] // Optics Letters. 2016. Vol. 41. P. 2057–2060.D.S. Filimonenko. Weak magnetic field resonance effects in diamond with nitrogen-vacancy centers / D. S. Filimonenko [et al.] // Semiconductors. 2018. Vol. 52, №14. P. 1865–1867.D.S. Filimonenko. Weak magnetic field resonance effects in diamond with nitrogen-vacancy centers / D. S. Filimonenko [et al.] // Semiconductors. 2018. Vol. 52, №14. P. 1865–1867.D.S. Filimonenko. Weak magnetic field effects on the photoluminescence ofan ensemble of NV centers in diamond: experiment and modelling / D.S. Filimonenko [et al.] // Semiconductors. 2020. Vol. 54. P. 1730–1733.D.S. Filimonenko. Weak magnetic field effects on the photoluminescence ofan ensemble of NV centers in diamond: experiment and modelling / D.S. Filimonenko [et al.] // Semiconductors. 2020. Vol. 54. P. 1730–1733.Д.С. Филимоненко. Проявления в ИК-люминесценции процессов кросс-релаксации NV-центров в слабых магнитных полях / Д. С. Филимоненко [и др.] // ЖПС. 2021. Т. 88. №6. С. 858–871.Д.С. Филимоненко. Проявления в ИК-люминесценции процессов кросс-релаксации NV-центров в слабых магнитных полях / Д. С. Филимоненко [и др.] // ЖПС. 2021. Т. 88. №6. С. 858–871.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.