量子計(jì)算技術(shù)最近幾年取得了極大的進(jìn)步，在諸多量子計(jì)算的候選系統(tǒng)中，金剛石中的氮-空位發(fā)光中心是最特殊的一個(gè)，因?yàn)橛眠@個(gè)系統(tǒng)，高保真度的量子邏輯門(mén)可以在常溫常壓下實(shí)現(xiàn)。人們發(fā)現(xiàn)，金剛石中帶有負(fù)電荷的氮-空位發(fā)光中心（色心）的電子自旋可以用532納米的激光來(lái)進(jìn)行極化。色心電子自旋量子數(shù)為1，在零磁場(chǎng)下，m=0與m=\pm 1之間的能級(jí)劈裂為2.87GHz，m=\pm 1兩個(gè)能級(jí)是簡(jiǎn)并的。雖然色心所發(fā)射的熒光光譜比較寬，從637納米到800納米都有分布，但是其零聲子譜線是很窄的，在637納米附近。熒光光譜的強(qiáng)度與色心的電子自旋狀態(tài)有關(guān)系。因此，我們可以用濾波片過(guò)濾掉532納米的激光，對(duì)剩下的色心發(fā)出的熒光進(jìn)行探測(cè)，從而確定色心電子自旋的狀態(tài)。某種程度而言，金剛石色心可以被看成是囚禁在金剛石晶格中的離子阱系統(tǒng)。

       如何理解金剛石色心如此好的相干特性呢？首先，我們注意到，金剛石是地球上最堅(jiān)硬的材料之一，它的德拜溫度在1800開(kāi)。因此，室溫下金剛石中的聲子譜密度是比較低的。這反映在色心的光譜上就可以看到譜線的紅邊帶上有非常寬的分布，而藍(lán)色邊帶上的光譜基本上是零。熒光落在零聲子線上的比例大概是百分之一。正是由于紅藍(lán)邊帶的不平衡，我們可以用532納米的激光來(lái)極化色心的電子自旋。金剛石中差不多百分之九十九的碳原子都是同位素碳12，它與色心之間不存在超精細(xì)結(jié)構(gòu)耦合。只有剩下的百分之一的碳13會(huì)存在耦合，隨機(jī)分布的核磁場(chǎng)會(huì)影響色心的相干特性。如果我們用同位素純化技術(shù)獲得碳12的純度超過(guò)99.7%金剛石，其中的色心電子自旋在室溫下的相干時(shí)間就可以超過(guò)一毫秒。
       如果色心附近有幾個(gè)碳13核自旋，那么我們可以通過(guò)外加的射頻信號(hào)和微波信號(hào)調(diào)控電子與核自旋，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)通用的量子邏輯門(mén)。到目前為止，保真度最高的邏輯門(mén)已經(jīng)超過(guò)了99.9%。我們知道，要實(shí)現(xiàn)可糾錯(cuò)的量子計(jì)算，最少也得5個(gè)量子比特。因此我們需要至少4個(gè)核自旋與同一個(gè)色心電子自旋耦合起來(lái)。這對(duì)實(shí)驗(yàn)是極大的挑戰(zhàn)。我們也可以用離子注入的辦法來(lái)精確的控制色心的位置，實(shí)現(xiàn)相鄰兩個(gè)色心之間的有效耦合。但此時(shí)色心的間距在十納米的量級(jí)，通過(guò)激光來(lái)區(qū)分不同的色心就很難了。要更高效的耦合金剛石色心，同時(shí)又能確保色心能夠被獨(dú)立的讀出，就需要新的方法。