Wie funktioniert Quantensensorik mit NV-Zentren in Diamant?

Das NV-Zentrum ist derzeit das Arbeitspferd für Quantensensoranwendungen. Es ist ein atomähnliches System, dessen elektronische Spins optisch initialisiert, ausgelesen und mit Mikrowellenpulsen kohärent manipuliert werden können. Bei einer typischen Messung wird zunächst ein definierter Quantenzustand hergestellt (typischerweise durch optische Initialisierung des NV-Zentrums im |0>-Zustand und Anwendung eines p/2 Pulses, um eine kohärente Überlagerung herzustellen). Anschließend interagiert die Superposition mit der Umgebung, d. h. der Quantenzustand entwickelt sich unter der Hamilton-Messung weiter. Zuletzt wird der endgültige Quantenzustand durch Fluoreszenz ausgelesen, woraus sich Informationen über die Wechselwirkung (z. B. mit einem Magnetfeld) ableiten lassen. Da das NV-Zentrum in die Nähe der Diamantoberfläche gebracht und individuell adressiert werden kann, lassen sich Messungen im Nanobereich durchführen.