单个色心的增强型自旋—声子相互作用

发光体（如原子或缺陷）的辐射特性天然受其周围环境影响。早在1940年代，珀塞尔就发现：将电磁谐振腔置于发光体周围，可显著增强其自发辐射——这一原理如今已广泛应用于量子计算与通信中，用于定向引导光子、精确调控原子与光子的相互作用。对于固体中的发光体（例如金刚石中的色心），其宿主晶格不仅提供电磁环境，还构成一个‘声学环境’：激发态的原子可通过发射声子（晶格振动量子）来释放能量。本文首次在实验上实现了‘声学版珀塞尔效应’：研究人员在金刚石硅空位（SiV）色心自旋量子比特周围，人工设计并制备了一个工作在微波频段的纳米机械谐振腔；同时利用该结构中与色心激发态强耦合的共局域光学模式，在毫开尔文极低温下开展单光子精度的激光光谱测量。结果表明：当自旋量子比特能级被调谐至与谐振腔的12 GHz声学振动模式共振时，其自旋弛豫速率加快了整整10倍。更进一步，研究团队巧妙地将色心本身当作一个‘原子尺度的声学探针’，直接测量出该纳米结构在高达28 GHz带宽内的宽带声子谱。这项工作不仅确立了对固体中量子缺陷进行声子层面主动调控的新范式，也为未来构建‘原子级量子存储器’与‘声学/超导量子处理器’之间的高效互联接口铺平了道路。