量子计算和量子信息是当代迅速发展的前沿科学领域,也是当今基础研究和应用科学的一大挑战,具有广阔的应用前景。量子计算机与传统电子计算机有很大不同,它是用量子比特来替代电子计算机中的0和1,一个量子比特可以处于｜0>和｜1>的叠加态上,借助各种量子计算机的算法(例如Shor量子因子分解算法、Grover量子搜索算法)以及量子比特的其他特征,人们可以极大地提高例如数据库搜索或者大整数的因子分解等计算的速度。要实现实用意义上的量子信息和量子计算,必须解决量子比特系统的可拓展性问题。而固态量子系统是公认的解决这一根本问题的有效途径,尤其是基于现代半导体加工技术,产业化的可行性更高。但与此同时,由于固态量子体系受周边环境的影响也比较严重,控制量子态的退相干等问题变得艰难。科学家至今还没有找到真正意义上能实现量子计算的物理体系,已经提出的方案有:金刚石氮空位中心、原子核光腔相互作用、冷阱束缚离子、电子或核自旋共振、量子点操控、超导量子干涉等,其中金刚石被证明是最有希望的自旋载体材料之一。　　 金刚石中的氮空位中心(简称NV色心)由一个取代碳的氮原子和相邻的一个碳空位组成,带一个负电荷的NV色心是很好的单光子源,它的基态三重态在零磁场下自然劈裂成能级差为2.87 GHz的自旋为0和自旋为1的两个能级,由于存在一个亚稳单态激发态,使得这两个基态能级的跃迁路径不同,也因此能使用简单的光激发极化到ms=0态,同时根据荧光强弱来读出量子态,量子态的调控可以使用微波场来实现,从而完成量子态的初始化、操控、读出的过程。在金刚石中,由于周围的碳基本是12C,其核自旋为零,对NV色心的电子自旋没有任何影响。但常温下,电子自旋态的寿命是微秒量级,但是最近哈弗大学的Lukin小组研究发现,如果NV色心周围存在一个13C原子,电子的自旋态可以传送给碳核自旋,然后再传送回来,使得整个系统的退相干时间可以达到毫秒量级!该研究在金刚石NV色心的应用上推进了一大步。　　 我们搭建了一套激光共聚焦系统来探测NV色心的荧光,使用可控的微波场来调控NV色心单电子的自旋量子态,在室温下,实现了NV色心单电子自旋的量子调控。实验中我们观测到了NV色心的电子自旋共振(electron spinresonance),精细结构(hyperfine structure),拉比振荡(Rabi oscillation),自旋回声(spin echo),以及拉姆齐干涉(.Ramsey fringes),研究了这些量子调控与激光功率,微波功率,微波频率,外加磁场等实验条件的关系,尤其是详细研究了Nv色心中自身的氮原子的核自旋对电子自旋的拉姆齐干涉的影响分析,提出了新的拟合方式,赋予其中的相位项具体的物理含义,更关键的是,理论分析和实验结论符合得非常好。室温下NV色心单电子自旋的量子调控对进一步实现量子信息运算和量子计算机很有意义。