被色心捕获的电子通常会吸收可见光谱中的光，因此在存在此类中心的情况下，透明材料会变得有色(例如钻石)。来自德国HZDR研究中心离子束物理和材料研究所的Georgy Astakhov博士解释说：“色心通常具有某些磁性，这种性质使它们成为量子技术应用中一种有前途的系统，如量子存储器(量子比特)或量子传感器。但挑战是要开发有效的方法来控制电子的磁量子特性，或者在这种情况下，是控制它们的自旋状态。”

Astakhov的团队同事、来自保罗·德鲁德研究所的Alberto Hernández-Mínguez博士对这个主题进行了阐述：“这通常是通过施加电磁场来实现的，但有另一种方法是使用机械振动，如声表面波。这些声波局限于固体表面，类似于湖上水波。它们通常被集成在电子设备(如手机、平板和笔记本电脑)的射频滤波器、振荡器和变压器的微芯片中。”

在他们的论文中，研究人员演示了使用声表面波在碳化硅芯片中对电子自旋进行控制。碳化硅是一种半导体，它将在许多需要高功率的电子设备应用中取代硅，例如电动汽车。来自圣彼得堡Ioffe物理技术研究所的Alexander Poshakinskiy博士说：“你可能会认为这种控制就像用普通电子调谐器给吉他调音一样。只是在我们的实验中它有点更复杂，磁场将电子自旋的共振频率调谐到声波的频率，而激光则负责诱发色心在基态和激发态之间的跃迁。”

这些光学跃迁发挥着重要作用，他们通过记录电子返回基态时发射的光量子来实现对自旋态的光学检测。由于晶格的周期性振动和被困在色心中的电子间有巨大的相互作用，科学家们实现了利用声波在色心处于基态和激发态下的同时对电子自旋进行了控制。

Hernández-Mínguez引用了另一个叫“进动性”的物理过程。他说：“任何小时候玩旋转陀螺的人，在尝试倾斜旋转轴时，都会经历旋转轴方向的变化。电子自旋也可以被想象成一个微型陀螺。在我们的例子中，进动轴受到声波的影响，每次色心在基态和激发态之间跃迁时都会改变方向。现在，由于色心在激发态所花费的时间是随机的，基态和激发态进动轴排列的巨大差异以不受控制的方式改变了电子自旋的方向。”

这种变化使得存储在电子自旋中的量子信息在多次跃迁后丢失。在他们的工作中，研究人员展示了一种防止发生这种情况的方法。通过适当调整色心的共振频率，在基态和激发态中自旋的进动轴变成科学家所说的共线：自旋即使在基态和激发态之间跳跃，也会沿着一个明确的方向保持进动方向。

在这种特定条件下，存储在电子自旋中的量子信息与激光引起的基态和激发态之间的跃迁进行了分离。这种声学操纵技术在尺寸类似于当前微芯片的量子设备中为处理量子信息提供了新的机会。这应该会对制造成本产生重大的影响，因此可以提高公众对量子技术的使用。（编译:Qtech）