CN117572306B - 暗物质探测器中微波脉冲序列与微纳机械振子的匹配方法 - Google Patents

Abstract

一种暗物质探测器中微波脉冲序列与微纳机械振子的匹配方法，暗物质探测器包括金刚石NV色心和微纳机械振子，该匹配方法包括：向处于初始量子态的金刚石NV色心上加载微波脉冲序列，以使金刚石NV色心处于第一量子态，获取第一量子态的第一基态布居数；使再次处于初始量子态的金刚石NV色心处于不同相位的磁场下，其中，针对每个磁场，向处于该磁场下的金刚石NV色心加载微波脉冲序列，以使金刚石NV色心处于第二量子态；获取每个第二量子态对应的第二基态布居数；在确定第二基态布居数与第一基态布居数满足预设条件的情况下，将与第二基态布居数对应的振动相位确定为目标振动相位，目标振动相位与微波脉冲序列的时序匹配。

Description

暗物质探测器中微波脉冲序列与微纳机械振子的匹配方法

技术领域

本发明涉及暗物质探测领域，特别涉及暗物质探测器中微波脉冲序列与微纳机械振子的匹配方法。

背景技术

大量的天文观测表明，宇宙中我们已知的物质只占总物质量的5%，剩下69%是暗能量，25%是暗物质。在暗物质的探测方面，除了地下实验室、粒子对撞机、深空探测等大型搜寻装置外，实验室尺度的精密测量实验具有多种优势：例如可探测低能区粒子、成本低、可组成探测阵列和网络等。寻找新奇相互作用是探测暗物质的一种重要手段，其中自旋依赖的新奇相互作用指的是新玻色子（如轴子）作为传播子在自旋和标准模型粒子之间诱导的新奇相互作用，新奇相互作用的相互作用势多数可等效为自旋感受到的赝磁场，可以通过测量赝磁场的方式测量该相互作用势，进而实现新奇相互作用的寻找。

金刚石NV色心是一种常用的固体缺陷量子体系，在室温条件下作为量子磁力计具有较好的磁探测灵敏度、极小的探测器体积。因此，利用金刚石NV色心探测上述赝磁场，是暗物质探测的一种手段。另一方面，微纳机械振子在用于力、位移与质量的精密测量领域具有广泛的应用，同时具备集成制备的能力。因此，将金刚石NV色心和微纳机械振子相结合，形成的混合系统可以探测自旋依赖的新奇相互作用，进而实现对暗物质的探测。在该混合系统中，振动的微纳机械振子作为核子源，NV色心放置在核子源附近作为探测传感器，待探测的自旋依赖新奇相互作用可以等效为核子源施加在NV色心单电子自旋上的一个可探测赝磁场。

为了探测核子源施加在NV色心单电子自旋上的可探测赝磁场，需要使赝磁场的信号在目标方向上进行积累，为了使赝磁场的信号在目标方向上进行积累，需要将微纳机械振子的振动相位与操控金刚石NV色心微波脉冲序列的时序进行匹配。

发明内容

针对现有技术问题，本发明提出一种暗物质探测器中微波脉冲序列与微纳机械振子的匹配方法。

作为本发明的第一个方面，提供了一种暗物质探测器中微波脉冲序列与微纳机械振子的匹配方法，暗物质探测器包括金刚石NV色心和微纳机械振子，匹配方法包括：

向处于初始量子态的金刚石NV色心上加载微波脉冲序列，以使金刚石NV色心处于第一量子态，获取第一量子态的第一基态布居数；

使再次处于初始量子态的金刚石NV色心处于不同相位的磁场下，其中，针对每个相位的磁场，向处于磁场下的金刚石NV色心加载微波脉冲序列，以使金刚石NV色心处于第二量子态；其中，磁场是向微纳机械振子通入电流并且使微纳机械振子发生周期振动得到的，不同相位的磁场对应微纳机械振子不同的振动相位；

获取每个第二量子态对应的第二基态布居数；

在确定第二基态布居数与第一基态布居数满足预设条件的情况下，将与第二基态布居数对应的振动相位确定为目标振动相位，目标振动相位与微波脉冲序列的时序匹配。

根据本发明的实施例，预设条件为第二基态布居数与第一基态布居数在95%的置信区间具有一致性。

根据本发明的实施例，处于初始量子态的金刚石NV色心的获取方法包括：

向金刚石NV色心施加第一激光，以使得金刚石NV色心处于初始量子态。

根据本发明的实施例，获取第一量子态的第一基态布居数包括：

向处于第一量子态的金刚石NV色心施加第二激光，以使金刚石NV色心发出第一荧光；

根据第一荧光的光子数得到处于第一量子态的金刚石NV色心的第一基态布居数。

根据本发明的实施例，再次处于初始量子态的金刚石NV色心的获取方法包括：

对发出第一荧光的金刚石NV色心加载第三激光，以使得金刚石NV色心再次处于初始量子态。

根据本发明的实施例，获取处于第二量子态的金刚石NV色心的第二基态布居数包括：

向处于第二量子态的金刚石NV色心施加第四激光，以使金刚石NV色心发出第二荧光；

根据第二荧光的光子数得到处于第二量子态的金刚石NV色心的第二基态布居数。

根据本发明的实施例，微波脉冲序列任意两次微波脉冲之间的时间间隔等于微纳机械振子振动周期的一半。

根据本发明的实施例，向微纳机械振子通入电流并且使微纳机械振子发生周期振动包括：

向微纳机械振子上通入直流电流，以使微纳机械振子产生静磁场；

利用压电陶瓷驱动微纳机械振子，使微纳机械振子发生周期振动。

根据本发明的实施例，金刚石NV色心所处的磁场为周期变化的磁场； 使微纳机械振子发生周期振动包括：

使微纳机械振子和金刚石NV色心之间的距离发生周期性变化。

根据本发明的实施例，实现将微纳机械振子的运动与操控金刚石NV色心微波脉冲序列之间的时序进行匹配，即加载于金刚石NV色心（即加载于金刚石NV色心的目标自旋）的每个微波脉冲的持续时间的中间时刻恰好是微纳机械振子做周期运动时速度方向发生变化的时刻。

根据本发明的实施例，通过控制微纳机械振子的振动相位，实现第二基态布居数与第一基态布居数满足预设条件的情况下，能够实现将微纳机械振子的运动与操控金刚石NV色心微波脉冲序列的时序进行匹配，进而使得赝磁场的信号在目标方向上进行积累。

附图说明

图1示出了根据本发明实施例提供的暗物质探测器中微波脉冲序列与微纳机械振子的匹配方法的流程图；

图2示出了根据本发明实施例提供的微纳机械振子的振动情况与微波脉冲序列的对应关系图；

图3示出了根据本发明实施例提供的微纳机械振子的在不同振动相位下，得到的第二基态布居数与第一基态布居数的差值；

图4示出了根据本发明实施例提供的微波脉冲序列与微纳机械振子的匹配装置的示意图；

图5示出了根据本发明实施例提供的微纳机械振子与金刚石样品的集成结构图。

附图标记说明

1-金刚石样品；2-微纳机械振子；3-反射镜；4-第一任意波形发生器；

5-第二任意波形发生器；6-任意序列发生器；7-计算机；8-物镜；

9-第一激光发生器；10-第二激光发生器；11-分束器；

12-单光子探测器；13-双色镜；14-针孔；15-四象限探测器；

16-压电陶瓷。

具体实施方式

在实现本发明的过程中发现，操纵金刚石NV色心的微波脉冲的产生过程、利用微波脉冲对金刚石NV色心的操纵过程都存在难以测量的延迟，因此传统的微波脉冲序列与微纳机械振子的匹配方法可能并不适用，因此，本发明利用了金刚石NV色心对磁场进行测量的方法方法实现了微波脉冲序列与微纳机械振子的匹配，这种方法不受延迟的影响，且过程直观简洁，避免了复杂的计算，对准精度在纳秒级别。

为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明进一步详细说明。显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

图1示出了根据本发明实施例提供的暗物质探测器中微波脉冲序列与微纳机械振子的匹配方法的流程图。该匹配方法包括操作S1-操作S4。

在操作S1，向处于初始量子态的金刚石NV色心上加载微波脉冲序列，以使金刚石NV色心处于第一量子态，获取第一量子态的第一基态布居数。

在操作S2，使再次处于初始量子态的金刚石NV色心处于不同相位的磁场下，其中，针对每个相位的磁场，向处于磁场下的金刚石NV色心加载微波脉冲序列，以使金刚石NV色心处于第二量子态；其中，磁场是向微纳机械振子通入电流并且使微纳机械振子发生周期振动得到的，不同相位的磁场对应微纳机械振子不同的振动相位。

在操作S3，获取每个第二量子态对应的第二基态布居数。

在操作S4，在确定第二基态布居数与第一基态布居数满足预设条件的情况下，将与第二基态布居数对应的振动相位确定为目标振动相位，目标振动相位与微波脉冲序列的时序匹配。

根据本发明的实施例，将微纳机械振子的运动与操控金刚石NV色心微波脉冲序列之间的时序进行匹配，即加载于金刚石NV色心（即加载于金刚石NV色心的目标自旋）的每个微波脉冲的持续时间的中间时刻恰好是微纳机械振子做周期运动时速度方向发生变化的时刻。

根据本发明的实施例，将金刚石中NV色心量子态中的基态自旋三重态的和/>作为目标自旋，可以测量赝磁场的强度。以探测NV色心主轴上（方向为z方向）的赝磁场在/>的强度的情况为例，为了尽可能地提高灵敏度，对金刚石NV色心中的目标自旋施加的微波脉冲序列为XY8-N微波脉冲序列，以通过高阶动力学方式使目标自旋从环境自旋库中脱耦以延长相干时间。XY8-N的微波脉冲序列即/>次重复的序列，其中/>、/>为上述序列中的微波脉冲，其中x、y、z方向目标自旋Bloch球上的坐标轴x轴、y轴和z轴的方向。微波脉冲/>用于使目标自旋沿着x轴翻转180度，微波脉冲/>用于使目标自旋沿着y轴翻转180度。

在两个相邻的微波脉冲之间的自由演化时间中，赝磁场导致目标自旋在赤道面上旋转并体现在/>的相位上，只有控制目标自旋在每次机械振子速度方向转变时恰好沿着x轴翻转180度，或者沿着y轴翻转180度，最终可以使得/>的相位在微波脉冲序列下可以全部同向积累而不是异向相消。因此，需要加载到金刚石NV色心目标自旋的每个微波脉冲的持续时间的中点时刻恰好是微纳机械振子做周期运动时速度方向发生变化的时刻。

图2示出了根据本发明实施例提供的微纳机械振子的振动情况与微波脉冲序列的对应关系图。

如图2所示为当微纳机械振子以目标振动相位发生振动时微纳机械振子的位移和速度与微波脉冲序列的对应关系。在图2中可以看出，在向金刚石NV色心加入微波脉冲序列之前，需要使金刚石NV色心处于初始量子态，即对金刚石NV色心初始化，在加入微波脉冲序列之后需要获取金刚石NV色心发出荧光的光子数。在图2中，d(t)为微纳机械振子的位移，v(t)微纳机械振子的速度。在图2中，当可以看出，微纳机械振子在每次到达平衡点时的时刻等于微波序列中的任意一个微波脉冲或者/>的中点时刻，每个微波脉冲/>或者/>的时间恰好是微纳机械振子做周期运动时速度方向发生变化的时刻。

根据本发明的实施例，通过控制微纳机械振子的振动相位，实现第二基态布居数与第一基态布居数满足预设条件的情况下，能够实现将微纳机械振子的振动相位与操控金刚石NV色心微波脉冲序列之间的时序进行匹配。

根据本发明的实施例，处于初始量子态的金刚石NV色心的获取方法包括：向金刚石NV色心施加第一激光，以使得金刚石NV色心处于初始量子态。向金刚石NV色心施加第一激光，即向金刚石NV色心的目标自旋施加第一激光，使得金刚石NV色心处于初始量子态即使得金刚石NV色心的目标自旋处于初始量子态。第一激光的波长为532nm，第一激光的施加时间为时长在3-5μs。

根据本发明的实施例，在操作S1中，获取第一量子态的第一基态布居数包括操作S11-操作S12。

在操作S11，向处于第一量子态的金刚石NV色心施加第二激光，以使金刚石NV色心发出第一荧光。

在操作S12，根据第一荧光的光子数得到处于第一量子态的金刚石NV色心第一基态布居数。第二激光的波长为532nm，第二激光的施加时间为300ns。

根据本发明的实施例，在操作S2中，再次处于初始量子态的金刚石NV色心的获取方法包括：对发出第一荧光的金刚石NV色心加载第三激光，以使得金刚石NV色心再次处于初始量子态。第三激光的波长为532nm，第三激光的施加时间为时长在3-5μs。

根据本发明的实施例，在操作S2中，向微纳机械振子通入电流并且使微纳机械振子发生周期振动包括：向微纳机械振子上通入直流电流，以使微纳机械振子产生静磁场，以及利用压电陶瓷驱动微纳机械振子，使微纳机械振子发生周期振动。

根据本发明的实施例，在操作S3中，获取处于第二量子态的金刚石NV色心的第二基态布居数包括S31-操作S32。

在操作S31，向处于第二量子态的金刚石NV色心施加第四激光，以使金刚石NV色心发出第二荧光。

在操作S32，根据第二荧光的光子数得到处于第二量子态的金刚石NV色心的第二基态布居数。第四激光的波长为532nm，第四激光的施加时间为300ns。

根据本发明的实施例，通入直流电流的微纳机械振子因为周期性振动，其原本直流信号产生的静磁场也发生变化，即产生一个频率与微纳机械振子运动同频的周期性磁场B(t)。该周期性磁场B(t)表示为式（1）。

（1）

其中，相位为固定相位，/>包括周期变化的磁场从微纳机械振子传播到目标自旋的过程中的相位差以及不同信号在传输过程中的相位差。/>为微纳机械振子的振动相位，B ₀表示微纳机械振子通直流信号后，在没有周期性振动的情况下，金刚石NV色心处的磁场，ω表示微纳机械振子振动的角速度，B _A表示B(t)的振幅。

根据本发明的实施例，微波脉冲序列任意两次微波脉冲之间的时间间隔等于微纳机械振子振动周期的一半。微纳机械振子振动周期的一半等于微波脉冲序列任意两次脉冲之间的时间间隔时，产生的赝磁场和微纳机械振子同频率，这时微波脉冲序列中的微波脉冲之间的周期是待测赝磁场周期的一半，在微纳机械振子以目标振动相位振动时，赝磁场的相位积累始终恒正，而非抵消。也就是说，微波脉冲序列任意两次微波脉冲之间的时间间隔等于微纳机械振子振动周期的一半，并且微纳机械振子以目标振动相位振动时测到的赝磁场的信号才最大。

根据本发明的实施例，上述金刚石NV色心所处的磁场为周期变化的磁场。使微纳机械振子发生周期振动包括：使微纳机械振子和金刚石NV色心之间的距离发生周期性变化。微纳机械振子发生周期振动例如可以为简谐振动。

根据本发明的实施例，预设条件为第二基态布居数与第一基态布居数在95%的置信区间具有一致性。根据中心极限定理可以认为一个振动相位对应的第二基态布居数和第一基态布居数的差服从正态分布。正态分布均值为μ，方差为σ，（μ-2σ，μ+2σ）之间的区间表示95%置信区间，称为2σ条件，如果/>调节合适，第二基态布居数和第一基态布居数在似然分析下可以得出具有一定置信度的相同性，例如2σ条件下的95%置信度。

根据本发明的实施例，在调整微纳机械振子振动相位的过程中，由于金刚石NV色心受到的微纳机械振子提供的磁场（校准磁场）远大于赝磁场，因此可以忽略赝磁场对测量结果的影响。校准磁场与赝磁场的频率都等于微纳机械振子振动的频率，校准磁场的变化模式类似与机械振子位移的变化模式，赝磁场的变化模式类似于机械振子的速度的变化模式，由于机械振子的位移与速度变化曲线相位相差，即校准磁场与赝磁场两者相位也相差/>。利用金刚石NV色心的测磁效果测量校准磁场，由于校准磁场与赝磁场两者相位相差/>，当校准磁场在目标自旋上积累的相位为零时，赝磁场在目标自旋上相位可以全部累积。当微纳机械振子具有目标振动相位时，由于第二基态布居数与第一基态布居数在95%的置信区间具有一致性，此时校准磁场目标自旋上积累的相位为零，同时，位于金刚石NV色心的目标自旋加载每个微波脉冲的中点时刻恰好是微纳机械振子做周期运动时速度方向发生变化的时刻，因此，在该预设条件下能够较为准确的测量赝磁场。

图3示出了根据本发明实施例提供的微纳机械振子的在不同振动相位下，得到的第二基态布居数与第一基态布居数的差值。

如图3所示，横坐标为微纳机械振子的振动相位，纵坐标为第二基态布居数与第一基态布居数的差值△P。在图3中，针对每一个/>，对应的△P包括一个竖直线段和位于线段上的黑点。针对任意一个/>，竖直线段表示在同一个/>的条件下，由不同次测量得到的△P的值计算出的95%置信区间，黑点表示△P的平均值。如图3所示，当/>为-100度时，第二基态布居数与第一基态布居数在95%的置信区间具有一致性。此时的/>即为目标振动相位。

图4示出了根据本发明实施例提供的应用上述匹配方法的暗物质探测器示意图。以下结合图4对本发明的匹配方法进行说明。

如图4所示，该暗物质探测器包括：金刚石样品1、微纳机械振子2、反射镜3、第一任意波形发生器4、第二任意波形发生器5、任意序列发生器6、计算机7、物镜8、第一激光发生器9、第二激光发生器10、分束器11、单光子探测器12、双色镜13、针孔14、四象限探测器15、压电陶瓷16。

金刚石样品1中包括金刚石NV色心，通过对金刚石块材进行离子注入可实现金刚石样品1的制备，在制得的金刚石样品1中，金刚石NV 色心深度距离表面大约为50nm深，在10×10μm²区域中大概有10-15个单金刚石NV色心，离子注入完毕后金刚石块材经过退火取出，切割成尺寸为300×100×50μm³的微条，即制备出金刚石样品1。微纳机械振子2长200μm，宽1μm，厚5μm，材质为硅和二氧化硅。如图5所示，金刚石样品1和微纳机械振子2例如可以集成在芯片上。

对暗物质探测器中的微波脉冲序列与微纳机械振子的匹配方法具体包括：步骤A-步骤G。

步骤A：第一激光发生器9发出第一激光，第一激光经双色镜13反射以及反射镜3反射后入射至物镜8，第一激光经物镜8后聚焦至金刚石样品1的金刚石NV色心上，对金刚石NV色心（即金刚石NV色心的目标自旋）的量子态进行初始化，使得金刚石NV色心处于初始量子态，微纳机械振子2上设置有导通微波的线路，第一任意波形发生器4发出的脉冲微波序列经设置在微纳机械振子2上的导通微波的线路加载至金刚石NV色心上，以使金刚石NV色心自初始量子态改变为第一量子态。

步骤B：第一激光发生器9发出第二激光，该第二激光经双色镜13、反射镜3和物镜8后被加载到处于第一量子态的金刚石NV色心上，并使得金刚石NV色心发出第一荧光，第一荧光经物镜8收集后，依次经反射镜3反射和双色镜13透射以及针孔14汇聚后进入单光子探测器12。单光子探测器适用于探测第一荧光的荧光光子数。计算机7根据第一荧光的荧光光子数得到第一量子态的第一基态布居数。

步骤C：向微纳机械振子2通入电流，使得机械振子产生静磁场。并且第二任意波形发生器5发出振动信号，该振动信号加载到压电陶瓷16上使得压电陶瓷16驱动微纳机械振子2周期振动。当施加在压电陶瓷16的信号不同时，微纳机械振子2的振动相位不相同，微纳机械振子2提供的磁场的相位也不相同。

步骤D：第一激光发生器9发出第三激光，该第三激光加载到发出第一荧光的金刚石NV色心上，使得金刚石NV色心再次处于初始量子态。再次处于初始量子态的金刚石NV色心处于微纳机械振子2提供的周期磁场中，第一任意波形发生器4发出的脉冲微波序列加载到处于初始量子态的金刚石NV色心上，并使得金刚石NV色心处于第二量子态。

步骤E：第一激光发生器9向处于第二量子态的金刚石NV色心施加第四激光，以使金刚石NV色心发出第二荧光，计算机7利用单光子探测器12探测到的第二荧光的光子数得到该第二量子态的第二基态布局数。

步骤F：改变微纳机械振子2的振动相位，重复上述步骤D-步骤E，直至第二基态布居数与所述第一基态布居数在95%的置信区间具有一致性。

此外，在上述步骤中第二激光发生器10发出第五激光，第五激光经分束器11后入至微纳机械振子2，并被微纳机械振子2反射。反射的第五激光经分束器11后入射至四象限探测器15，四象限探测器15根据微纳机械振子2反射的第五激光获取微纳机械振子2的位置。

第一激光发生器9、第一任意波形发生器4和第二任意波形发生器5的开和关以及第一激光发生器9、第一任意波形发生器4和第二任意波形发生器5的时序均由任意序列发生器6控制。

根据本发明实施例提供的匹配方法得到的目标振动相位可以达到较高的精度，根据本发明实施例，可以通过增大微纳机械振子通直流信号B ₀、增大振子的振幅的方式，提升微波脉冲序列与微纳机械振子精度，特别适用于包括金刚石NV色心和微纳机械振子的暗物质探测器体系中。

根据本发明实施例，在以往的一些装置中，往往需要通过添加额外设备或线路进行微波脉冲序列与微纳机械振子2的校准。例如通过外加电压比较器的方式。在上述的暗物质探测器中，金刚石NV色心和微纳机械振子2集成在芯片上，尺度较小，使得外加设备或线路较为困难，本发明实施例实现了微波脉冲序列与微纳机械振子相位同步，过程直观简洁，避免了复杂的逐步校准步骤。结构紧凑，无需外加设备线路，可以进行原位校准。

以上上述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，应理解的是，以上上述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种暗物质探测器中微波脉冲序列与微纳机械振子的匹配方法，所述暗物质探测器包括金刚石NV色心和微纳机械振子，其特征在于，所述匹配方法包括：

向处于初始量子态的金刚石NV色心上加载微波脉冲序列，以使所述金刚石NV色心处于第一量子态，获取所述第一量子态的第一基态布居数；

使再次处于所述初始量子态的金刚石NV色心处于不同相位的磁场下，其中，针对每个相位的磁场，向处于磁场下的金刚石NV色心加载所述微波脉冲序列，以使所述金刚石NV色心处于第二量子态；其中，所述磁场是向所述微纳机械振子通入电流并且使所述微纳机械振子发生周期振动得到的，不同相位的磁场对应所述微纳机械振子不同的振动相位；

获取每个第二量子态对应的第二基态布居数；

在确定所述第二基态布居数与所述第一基态布居数满足预设条件的情况下，将与所述第二基态布居数对应的振动相位确定为目标振动相位，所述目标振动相位与所述微波脉冲序列的时序匹配，即在所述微纳机械振子处于目标振动相位时加载于金刚石NV色心的每个微波脉冲的持续时间的中间时刻恰好是所述微纳机械振子做周期运动时速度方向发生变化的时刻。

2.根据权利要求1所述的匹配方法，其特征在于，所述预设条件为所述第二基态布居数与所述第一基态布居数在95%的置信区间具有一致性。

3.根据权利要求1所述的匹配方法，其特征在于，处于初始量子态的金刚石NV色心的获取方法包括：

向金刚石NV色心施加第一激光，以使得所述金刚石NV色心处于所述初始量子态。

4.根据权利要求1所述的匹配方法，其特征在于，获取所述第一量子态的第一基态布居数包括：

向处于第一量子态的金刚石NV色心施加第二激光，以使所述金刚石NV色心发出第一荧光；

根据所述第一荧光的光子数得到处于第一量子态的金刚石NV色心的第一基态布居数。

5.根据权利要求4所述的匹配方法，其特征在于，再次处于所述初始量子态的金刚石NV色心的获取方法包括：

对发出第一荧光的金刚石NV色心加载第三激光，以使得所述金刚石NV色心再次处于所述初始量子态。

6.根据权利要求1所述的匹配方法，其特征在于，获取处于第二量子态的金刚石NV色心的第二基态布居数包括：

向处于第二量子态的金刚石NV色心施加第四激光，以使所述金刚石NV色心发出第二荧光；

根据所述第二荧光的光子数得到处于第二量子态的金刚石NV色心的第二基态布居数。

7.根据权利要求1-6任一项所述的匹配方法，其特征在于，所述微波脉冲序列任意两次微波脉冲之间的时间间隔等于所述微纳机械振子振动周期的一半。

8.根据权利要求1-6任一项所述的匹配方法，其特征在于，向所述微纳机械振子通入电流并且使所述微纳机械振子发生周期振动包括：

向所述微纳机械振子上通入直流电流，以使所述微纳机械振子产生静磁场；

利用压电陶瓷驱动所述微纳机械振子，使所述微纳机械振子发生周期振动。

9.根据权利要求8所述的匹配方法，其特征在于，所述金刚石NV色心所处的磁场为周期变化的磁场；

使所述微纳机械振子发生周期振动包括：

使所述微纳机械振子和所述金刚石NV色心之间的距离发生周期性变化。