ИСТИНА

Электронный спин центров окраски азот-вакансия (NV-центров) в алмазе представляет собой уникальную твердотельную квантовую систему, востребованную в различных областях науки и техники от создания стабильных источников одиночных фотонов до обеспечения новых возможностей для биовизуализации, магнитометрии и термометрии. Чтобы раскрыть весь потенциал устройств на базе NV-центров алмаза и сделать их полностью совместимыми с требованиями практической реализации для квантовых технологий и in vivo биологических задач, необходима интеграция квантового сенсора и компактного волоконного зонда. Основной идеей проекта является создание сверхкомпактного волоконного зонда, позволяющего осуществлять удаленное управление и считывание электронного спина NV центра алмаза. Оптомикроволноводный зонд, интегрированый с квантовым сенсором на основе алмаза с NV-дефектами, обеспечит совместную доставку света и СВЧ к алмазу путем высокоточной интеграции оптоволоконной и микроволновой линий передач.

Electron spin color centers nitrogen-vacancy (NV-centers) in diamond is a unique solid-state quantum system, demanded in the various fields of science and technology by creating stable sources of single photons to provide new opportunities for biovizualizatsii, magnetometry and thermometry. To unleash the full potential of devices based on diamond NV-centers and to make them fully compatible with the requirements for the practical implementation of quantum technologies and in vivo biological problems requires integration of a quantum sensor and compact fiber probe. The main idea of ​​the project is to create an ultra-compact optic probe enables remote control and readout of the electron spin NV diamond center. Optomikrovolnovodny probe, integration with quantum sensor based on diamond with NV-defects, provide joint delivery of light and microwave to the diamond by high-precision integration of fiber-optic and microwave transmission lines.

Будет подобрано оптическое волокно с микроструктурированной оболочкой для повышения эффективности сбора флуоресцентного отклика от NV-центров алмаза, расположенного на торце. Будет проведено экспериментальное сравнение различных методик изготовления максимально компактной СВЧ проводящей линии вдоль кварцевого волокна. Будет изготовлено два принципиально разных зонда для доставки СВЧ: на основе двухпроводной линии и на основе коаксиального провода и проведено их сравнение. Будет изготовлен сверхкомпактный оптомикроволноводный зонд, позволяющий осуществлять удаленное управление и считывание электронного спина NV-центра алмаза, путем высокоточной интеграции высокочувствительной оптоволоконной линии передач на базе правильно подобранного МС волокна и оптимизированной для непланарных структур сверхкомпактной микроволновой линий передач. Эффективность разработанного зонда будет продемонстрирована путем измерения магнитного поля и температуры в модельной среде.

Результаты работы по проекту позволят полностью подготовить научную базу для создания высокоэффективного сверхкомпактного квантового сенсора в удобном волоконном формате на базе миниатюрного оптомикроволноводного зонда, обеспечивающего одновременную доставку оптического и СВЧ излучений и NV центров алмаза. Возможные области применения разрабатываемого оптомикроволноводного зонда простираются от задач квантовой физики до in vivo биовизуализации. В настоящее время NV-центры в алмазах рассматриваются в качестве основного кандидата для практической реализации различных устройств квантовой информатики, включая масштабируемый процессор твердотельного квантового компьютера, источник одиночных фотонов для квантовой криптографии, квантовый репитер и т.п. Недавно были предложены новые области применения нанокристаллов алмаза c NV центрами для измерения сверхслабых магнитных полей (до пикоТесла) со сверхвысоким (нм) пространственным разрешением, локального измерения температуры, давления, электрического поля. Также алмазы с NV центрами находят все более широкие применения в биомедицинской практике. Столь широкое разнообразие возможных приложений определяет высокую востребованность разрабатываемого в ходе данного проекта волоконного формата квантового сенсора на базе NV-центров алмаза. Особенное внимание в работе уделяется удовлетворению разрабатываемого оптомикроволноводного зонда требованиям, необходимым для дальнейших практических применений и создания продукции и технологий, таким как повышение чувствительности, минимизация размеров, точность параметров при изготовлении, а также хорошая воспроизводимость свойств и возможности для дальнейшей автоматизации процесса создания. Использование в работе методов, полностью совместимых с используемыми в современной микроэлектронной промышленности, позволит с легкостью наладить массовое производство разрабатываемого устройства.

Все результаты получены