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== NV 색중심의 전자 스핀 [[큐비트]] 구동원리 ==

NV 색중심 전자 스핀은 에너지 준위를 기반, 레이저 광펌핑, 마이크로파, 발광을 이용하여 스핀 [[큐비트]]의 초기화, 제어, 측정이 가능하다. 실질적으로는 바닥 삼중항 상태의 전자 스핀을 이준위 큐비트 시스템으로 사용하게 되는데 ms=0 스핀 상태를 큐비트의 |0> 으로 ms=±1 스핀 상태 중 하나를 큐비트의 |1> 로 사용가능하다. 축퇴(degeneracy)되어 있는 ms=±1 스핀상태는 외부자기장을 인가하는 경우 축퇴상태가 쪼깨지게 되어 각 스핀 상태를 선택적으로 접근할 수 있다.

초기화(initialization)

바닥 삼중항 상태(3A2)의 전자는 가시광 파장 (532 nm)의 레이저를 가하는 경우 스핀이 보존되는 들뜬 삼중항 상태(3E)로 여기된다. 이때 3E의 ms=0 상태의 전자는 원래의 3A2의 ms=0 상태로 떨어지며 가시광 빛(637 nm)을 방출한다. 반면 3E의 ms=±1로 여기된 전자는 3A2의 ms=±1상태로 직접 떨어지거나 30% 정도의 확률로 단일항 상태(singlet state)인 1A를 거쳐 3A2의 ms=0로 떨어지게 된다. 따라서, 전자를 여기시키는 과정을 반복하면 결국 모든 전자들이 3A2의 ms=0에 있게되어, 전자 스핀 큐비트를 |0>으로 초기화 시킬 수 있다.

제어(manipulation)

ms=0로 초기화된 스핀은 2.87 GHz 정도 크기의 마이크로파를 이용하여 ms=±1 여기시킬 수 있다. 이때, 쪼개짐 간격과 정확히 일치하는(resonant) 마이크로파 (rotation pulse)를 인가하게 되면 스핀 상태가 마이크파의 인가 펄스 폭에 대한 [[공통 기술#라비 진동 (Rabi Oscillation)|라비 진동 (Rabi oscillation)]]을 하게 되고 이를 통해 이준위 전자 스핀에 대한 결맞음 제어가 가능하다.

측정(readout)

NV 색중심 전자 스핀 상태의 측정은 공초점 현미경 기반의 광측정자기공명 (optically detected magnetic resonance,(ODMR)) 실험을 통해 이뤄진다. 스핀 초기화 과정과 마찬가지로 가시광 레이저를 이용하여 전자를 여기시키게 되면, 3A2의 ms=0 스핀 상태의 경우, 삼중항 상태(triplet state) (3E의 ms=0) 사이에서만 직접 여기와 직접 천이 과정을 거치게 되지만, ms=±1 스핀 상태의 경우, 단일항 상태(singlet state)로의 부분천이가 발생하여, 직접 천이 파장에 해당하는 637 nm 근처의 광신호 세기를 비교 시, 스핀 상태에 따라 발광 세기에 차이가 발생된다. 이를 통해 전자 스핀이 어떠한 상태에 있는지 정보를 얻게 된다.
[[File:Qubit manipulation.png|none|thumb|400px|다이아몬드 NV 색중심의 전자 스핀에 대한 초기화, 제어, 측정 과정 개념도]]

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