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主要观点总结

本文介绍了普渡大学李统藏团队在六方氮化硼（hBN）材料中实现对单个核自旋的探测与相干控制的最新研究成果。通过¹³C离子注入制备缺陷，研究人员观测到三种不同类型的自旋缺陷，并在室温下对单个¹³C核自旋进行初始化、读取与控制，其π门保真度高达99.75%。该研究还利用密度泛函理论（DFT）计算提出了可能的缺陷结构，并揭示了缺陷的化学来源。这一研究加深了对hBN中单自旋缺陷的理解，为利用hBN自旋缺陷及其核自旋作为量子存储器来增强量子传感能力提供了新路径。

关键观点总结

关键观点1: 研究背景与意义

固体中的自旋缺陷是量子传感和量子网络的有力候选者。hBN中的自旋缺陷因二维结构更适合原子尺度的量子传感。

关键观点2: 主要研究成果

在¹³C注入的hBN中实现了对单个核自旋的探测与相干操控，得到三类不同自旋缺陷类型；实现了室温下对单个¹³C核自旋的初始化、读取与控制，其π门保真度高达99.75%。

关键观点3: 实验方法与关键结果

通过¹³C离子注入制备缺陷，构建出光学可读单自旋缺陷；观察到自旋态为S=1和S=1/2的共存现象；借助光学检测磁共振（ODMR）技术实现对¹³C核自旋的探测；结合脉冲序列控制技术实现对电子-核双量子比特系统的相干操控。

关键观点4: 理论计算与缺陷结构

利用DFT计算提出可能的缺陷结构，如碳-硼空位对（C_BV_N）和C_BON缺陷，揭示了缺陷的化学来源。

关键观点5: 研究展望

该策略有望实现对单个核自旋的单次读取，对于量子寄存器和量子传感有重要意义；¹³C核自旋可作为量子存储单元，进一步增强基于单hBN自旋缺陷的量子传感性能。

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