中国科大在单自旋量子体系中检验贾辛斯基等式

　　中国迷信技能年夜学中国迷信院宏观磁共振重点试验室杜江峰、荣星课题组与北京理工年夜学尹璋琦传授互助，正在量子热力学范畴取患上重要进展，研究团队基于金刚石氮-空位（Nitrogen-Vacancy，NV）色心系统对贾辛斯基等式举行了试验查验。该结果以“Experimental test of the Jarzynski equality in a single spin-1 system using high-fidelity single-shot readouts “为题颁发正在《物理评论快报》[Phys. Rev. Lett. 131, 220401 (2023)]。

　　贾辛斯基等式是少有的以等式情势泛起且对非均衡历程同样成立的热力学定理。它将体系没有同状况之间自由能之差与为转变体系状况所做功的指数情势接洽起来，从而为自由能的丈量供给了捷径。冲破了以往自由能丈量只能寄托耗时较长的绝热或近绝热历程的限定，可以经由过程疾速的非均衡历程来丈量自由能。该等式于1997年被提出后，正在许多经典体系获得了查验。然而正在多能级量子体系中未获得严酷的试验查验。这首要是由于其查验需求正在能量基底对体系举行投影丈量，而多能级体系高保真度投影丈量的完成很是具备应战性。

　　本事情经由过程对单个NV色心中¹⁴N原子核自旋状况完成高保真度投影丈量，从而对贾辛斯基等式开展了查验。试验中经由过程级联两个单次读进去完成三能级核自旋状况的投影丈量。 为使患上每一个单次读出的保真度都达98%以上，团队采纳了以下试验技能：施增强达7500高斯的沿轴磁场将核自旋正在激光照射前提下的纵向弛豫时间延伸至毫秒量级；应用固态浸没透镜将NV色心的荧光计数率普及至700kps；哄骗梯度算法设计了高保真度的受控逻辑门等。终极研究团队可以或许正在没有同有用温度、没有同绝热水平的非均衡历程中对贾辛斯基等式举行了体系性的试验查验，为该等式正在真实量子体系中的使用供给了松软的试验依据。

　　中国迷信院宏观磁共振重点试验室2022年博士结业生刘文权以及硕士研究生牛智博为该文配合第一作者，杜江峰院士、荣星传授以及尹璋琦传授为配合通信作者。该研究获得了科技部、国度天然迷信基金委、中科院以及安徽省等赞助。

　　论文链接：https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.131.220401