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== 다이아몬드의 스핀 큐비트를 이용한 [[양자 게이트]] 구현과 광자를 이용한 네트워크 형성 ==

다이아몬드의 1.1%는 스핀 1/2 시스템인 13C로 이루어지고 나머지는 모두 스핀이 없는 12C로 이루어진다. 따라서 NV 색중심 근처에 13C 원자가 존재하게 되면, 전자 스핀과 핵 스핀 간 서로 상호작용을 하게된다. 우선 전자 스핀 주위에 존재하는 핵 스핀은 전자스핀에 영향을 주기 때문에 결어긋남(decoherence)을 일으키는 주원인으로 작용한다. 이러한 전자 스핀에 형향을 주는 주위환경과의 DC/AC 노이즈를 제거하기 위하여 RF 펄스를 이용한 [[공통 기술#스핀 메아리 (spin echo)|스핀 메아리 (spin echo)]]와 [[양자 센서#동적 디커플링 (Dynamical Decoupling)|동적 디커플링 (dynamical decoupling)]] 방법 등을 사용할 수 있고, 다이아몬드 내 13C 원자 생성이 억제된 성장기술 등을 이용 전자 스핀의 결맞음 시간을 늘려주기도 한다.<ref name=Balasubramanian> G. Balasubramanian et al., Ultralong spin coherence time in isotopically engineered diamond, Nature materials 8, 383 (2009).https://doi.org/10.1038/nmat2420.</ref>

반면, 탄소의 핵 스핀도 하나의 [[큐비트]]로 사용할 수 있어, 핵스핀과 전자 스핀간의 상호작용을 잘 활용하게 되면 전자 스핀을 이용하여 인접 핵 스핀의 상태를 제어하는 것이 가능하여 [[양자 게이트(quantum gate)]] 구현이 가능해진다. 전자 스핀 하나와 핵 스핀 하나를 기반으로 한 controlled-NOT (CNOT)를 이용하게 되면 NV 색중심 주변의 탄소 핵 스핀을 컨트롤할 수 있고, 이를 이용하여, 전자 스핀 정보를 핵스핀에 긴 시간동안 저장하는 것 또한 가능하다.<ref name=Childress> L.Childress et al.,Coherent dynamics of coupled electron and nuclear spin qubits in diamond, Science 314, 281 (2006).doi:10.1126/science.1131871.</ref>

다수 스핀 큐비트 간 원거리 양자 얽힘을 구현하는 방법으로는 NV 색중심의 에너지 준위간 천이에 의해 방출되는 광자를 이용하는 방법이다. 색중심의 스핀 정보는 방출 광자의 편광 등에 저장이 되는데, 서로 떨어져 있는 스핀 큐비트에서 방출 된 광자 간 양자 간섭 등을 수행하게 되면, 원거리 스핀 큐비트 간 [[양자 얽힘(quantum entanglement)]] 구현이 가능하여 [[양자 네트워크]] 로써 확장이 가능하다.<ref name=Bernien>H. Bernien et al., Heralded entanglement between solid-state qubits separated by three metres, Nature 497, 86 (2013).https://doi.org/10.1038/nature12016.</ref>

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