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AWG用于单原子物理实验

德国斯图加特大学选择了一个Spectrum的任意波形发生器来进行实验,在实验中,单个原子金刚石被氮原子取代。这种方法是应用在原子级的磁场探测器或量子计算机中的量子位中。

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移除单原子

斯图加特大学物理系专注于单一固态缺陷,特别是在固态缺陷氮空位(NV)中心的金刚石,是通过去除一个碳原子和替换它与氮原子形成一个氮空位对。


NV缺陷中心可以作为一个原子大小的磁场传感器–有效的纳米尺度的核磁共振(NMR)装置,它可以通过检测到微小的局部磁场强度和频率来检测NV的自旋相互作用。例如,测量硬盘驱动器上微小的读/写头的磁场强度,以使其表征。纳米尺度的NMR函数也可以用于单个蛋白质或薄膜的结构分析,因为只需要几个自旋就可以测量这些小样本,而不像正常大小的NMR。  

在量子计算中,NV也可以作为一个量子位,利用两个自旋状态和它们之间的叠加来处理。这是特别有趣的,因为它们在室温下有稳定的自旋态,而在超低温和压力情况下出现类似的情况。


几个NVS创建通常为5 nm的金刚石在深度,取决于植入氮原子进入金刚石晶格所用的能量。其目的是能够一次产生它们,为量子计算创建阵列。


任意波形发生器作用

氮空位(NV)中心被有序的光激发脉冲、以及微波和射频脉冲操纵。这需要产生非常短而精确的脉冲。这次选择的任意波形发生器(AWG)能够提供所需的10个输出通道AWG(四模拟和6个数字通道)。Spectrum公司的模块化设计理念,使公司通过内部子板提供额外的连接,除了标准的四个模拟通道还能提供额外的六通道数字标记。这次用的AWG模块是generatorNETBOX系列dn2.663-04,它是一个独立的单元,通过以太网来控制。


AWG控制激光,采用IQ调制的微波信号,产生射频脉冲和触发数据采集装置决定了自旋状态。“由于通道数非常多,这个实验才有效的完成”实验物理学家Thomas Oeckinghaus解释说,这是他的博士做的研究”。选择Spectrum公司的AWG,主要是因为它能使我们的实验需的短脉冲下降到10到20纳秒之间。在 1.25 GSamples / s采样率下,它可以控制到800皮秒,这是很高的时间分辨率。


新设备

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Spectrum的AWG的每个通道有一个16位的数字模拟转换器(DAC),能产生从DC到400 MHz模拟信号频率成分的波形。允许长期复杂的波形的生成,AWG具有多个工作模式如单发,循环,FIFO,门控和顺序回放。这个AWG甚至能直接发送刚传到板载内存中的数据,也就支持变传变回放。