Новые системы для квантовых технологий: от холодных атомов до твердотельных квантовых сенсоров тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 00.00.00, доктор наук Акимов Алексей Владимирович

• Акимов Алексей Владимирович
• доктор наук
• 2024

Оглавление диссертации доктор наук Акимов Алексей Владимирович

Оглавление

Введение

1 Краткое описание полученных соискателем результатов

1.1. Получение вырожденного квантового газа атомов тулия

1.2. Квантовые интерфейсы

1.3 Новые кандидаты в кубиты: коллоидные квантовые точки

1.4 Квантовые сенсоры 17 Основные полученные результаты 22 Заключение 23 Список работ, опубликованных автором по теме диссертации 24 Список использованной литературы

Введение

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Новые системы для квантовых технологий: от холодных атомов до твердотельных квантовых сенсоров»

Актуальность темы исследования

Данная работа представляет собой комплексное исследование, которое лежит в области квантовых технологий, признанных приоритетным направлением развития науки не только в России, но и во многих других странах. Оно находится на стыке физики, химии и нанотехнологий, реализуя гибридные подходы к решению задач квантовых технологий.

Задачи квантовых технологий имеют широкий спектр, включающий задачу квантовых вычислений, призванных решать задачи, традиционно сложные для современных квантовых компьютеров, квантовые симуляторы, способные моделировать сложные материалы на контролируемой квантовой системе, квантовые сенсоры и квантовые линии связи [1-4]. Данное исследование не рассматривает квантовые линии связи, однако имеет отношение к трем остальным областям.

Степень разработанности темы исследования

Квантовые технологии рассматриваются как одни из наиболее перспективных технологий развития вычислительной электроники, сенсоров и метрологии, безопасных линий связи. На сегодняшний день рассматривается множество платформ, на основе которых могут быть реализованы квантовые вычисления. Среди них рассматриваются сверхпроводниковая платформа, атомная и ионная платформы, а также различные реализации использования спиновых состояний в твердом теле. В качестве носителей информации, которые позволят обмениваться квантовой информацией между различными вычислительными узлами будущего квантового вычислителя обычно рассматриваются фотоны.

Передача квантовой информации с атомного или твердотельного спина на фотон, однако, является сложной задачей. В данной работе впервые был продемонстрирован ряд решений данной задачи и продемонстрированы эффективные методы передачи информации с атомных кубитов, а также с центров окраски в алмазе на фотоны.

Кроме того, реализация квантовых вычислителей связана с попыткой изоляции квантовых битов от окружения. Эту задачу можно развернуть, используя квантовые биты в качестве сенсоров, которые обладают высоким пространственным разрешением или, если используются группами, высокой чувствительностью. Такие сенсоры могут быть реализованы в не перекрытых современными устройствами диапазонах, или быть реализованы в более удобной в использовании форме, например, для случая магнитометров не требовать охлаждения до гелиевых температур, обычно необходимых для высокочувствительных сверхпроводящих магнитометров. В данной работе на основе таких подходов реализованная целая группа сенсоров, температуры, магнитного поля и вращения.

Твердотельные платформы для квантовых вычислений вызывают большой интерес в связи с возможностью их использования в полупроводниковых устройствах. Однако многие реализации твердотельных кубитов крайне дорогостоящие, поэтому по-прежнему ведется поиск новых, более дешевых и более удобных для масштабирования платформ. В частности, долгое время шел поиск удобных для квантовых вычислений долгоживущих и достаточно спектрально изолированных состояний. В данной работе такие состояния были найдены в коллоидных первосктиных кристаллов. В духе тематики сенсоров было показано, что эти состояния могут быть использованы в генерации горячих электронах, находящих широкое применения в задачах катализа.

Наконец, решение многих практических задач современной физики может быть получено без использования квантовых компьютеров с помощью т.н. квантовых симуляторов. Квантовые симуляторы призваны решать задачи квантовой механики в модельных системах, в которых все взаимодействия хорошо контролируются, начальное состояние системы может быть хорошо задано. Реализация такого симулятора, однако, требует детального изучения системы, выбранной для симуляторов. В данной работе были изучены столкновительные свойства атома тулия, показана возможность изменения его длины рассеяния за счет резонансов Фешбаха и получена конденсация Бозе-Энштейна этого атома.

Цели и задачи диссертационного исследования

В рамках данной диссертационной работы были поставлены следующие задачи:

1. Получить конденсацию Бозе-Эйнштейна газа атома тулия. Исследовать столкновительные свойства атома тулия и изучить резонансы Фешбаха в этом атоме.

2. Реализовать интерфейс между атомами рубидия и фотонами.

3. Реализовать интерфейс между фотонами и центрами окраски азот-вакансия в алмазе.

4. Поиск долгоживущих состояния в коллоидных нано кристаллах.

5. Изучение возможности получения горячих электронов с нано кристаллов CsPbBr3.

6. Поиск полностью оптического метода измерения температуры с помощью центров окраски в алмазе.

7. Поиск метода измерения высоко частотных полей с помощью центров окраски азот-вакансия в алмазе.

8. Разработка метода измерения вращения с помощью центров окраски азот-вакансия в алмазе.

Научная новизна работы

Квантовые технологии как правило опираются на единичные квантовые объекты, часто ассоциируемые с кубитами. Под кубитом обычно подразумевается двухуровневая физическая система, допускающая суперпозиционное состояние двух уровней. Простейшим кубитом может считаться двухуровневый атом. Выбор конкретного типа кубита для будущего вычислителя, на них основанного, однако, является не очевидным. Разные варианты кубитов имеют разные проблемы и преимущества. Атомы обладают большими временами когерентности, но с ними относительно сложно работать, требуются вакуумные установки, лазерное охлаждение и проч. Твердотельные кубиты страдают от малых времен когерентности, но существенно легче могут быть скомбинированы с существующими полупроводниковыми технологиями. Особняком стоят кубиты на основе сверхпроводников, на сегодняшний день единственные кандидаты в кубиты основанные на коллективном состоянии большого числа частиц.

Квантовые точки могут считаться искусственными атомами [5]. Квантовая точка представляет собой кусок полупроводника, размер которого меньше радиуса электрон дырочной пары - экситона, возникающей при поглощении фотона. При таком квантовом ограничении энергия экситонов начинает определяться размером квантовой точки, с дискретным спектром. Такую атом-подобную структуру в принципе можно использовать как кубит. Сложности, однако, связаны с разбросом частот излучения квантовых точек, возникающих при их изготовлении, а также отсутствием удобного долгоживущего состояния. В данной работе такое долгоживущее состояние было продемонстрированно, что в сочетании с прогрессом методов изготовления [6] открывает возможности для их применения в квантовых технологиях.

Если относительно кубитов, хранящих и обрабатывающих информацию есть большое многообразие вариантов, то с точки зрения кубитов передающих информацию, если оставить в стороне сверхпроводниковые системы, рассматриваются только фотоны [7]. Фотоны не взаимодействуют друг с другом, слабо взаимодействуют с нерезонансным окружением и могут передаваться на большие расстояния. Возникает, однако, проблема передачи информации с фотона на материальную двухуровневую систему. Эта проблема может быть решена с помощью так называемых квантовых интерфейсов, устройств, сопрягающих два различных типа кубитов. Реализации таких интерфейсов и посвящена существенная часть диссертационной работы. Интерфейсы реализованы как для атомных кубитов, так и для твердотельных кубитов.

Проблема декогерентности кубитов тесно связана с их взаимодействием с окружающим миром. Взаимодействие с окружением приводит к потере фазы суперпозиционного состояния и, таким образом, к разрушению кубита. Это свойство, однако, можно использовать для реализации измерения параметров окружения кубита. Сенсоры, использующие такой подход получили название квантовых сенсоров, и как правило позволяют реализовать высокое пространственное разрешение в измерении [8]. Повышение чувствительность возможно за счет перехода к измерению на ансамбле кубитов, при этом, однако пространственным разрешением приходится пожертвовать. В настоящей диссертационной работе внимание уделялось квантовым сенсорам магнитного поля, температуры и вращения, которые были реализованы с использованием дефектов в алмазе.

Квантовые вычисления являются технически сложной задачей, реализация которой с практически значимым числом кубитов может занять значительное время. Альтернативным подходом, который может помочь решить многие частные задачи, в частности задачи материаловедения, является квантовое моделирование

[9]. Идея квантового моделирования заключается в использовании хорошо контролируемой квантового-механической системы для моделирование не известной квантовой системы, свойства которой хочется изучить. Таким образом можно понять изучаемую систему, а варьируя параметры контролируемой системы и смоделировать неизвестный материал с желаемыми свойствами.

Хороший контроль над квантово-механической системой можно получить в ансамбле холодных атомов. Холодные атомы могут быть локализованы в малой области пространства, при достаточно низкой температуре могут проявлять волновые свойства, что оказывается важным для моделирования свойств квазичастиц в твердом теле. Взаимодействие между холодными атомами на коротких расстояниях можно контролировать c помощью так называемых резонансов Фешбаха, позволяющих контролировать длину рассеяния атомов за счет изменения магнитного поля [10]. Дальнодействующие взаимодействия могут регулироваться либо за счет присущего атому дипольного момента [11-13], либо путем размещения атомов в оптической решетке [14].

В большинстве доступных для лазерного охлаждения атомов, однако, резонансы Фешбаха достигаются только в относительно больших магнитных полях, а собственный дипольный момент крайне мал. Поэтому стоит задача поиска более удобных атомов для квантовых симуляций. В данной диссертационной работе был рассмотрен атом тулия, обладающий магнитным дипольным моментом в основном состоянии. Были экспериментально продемонстрированы резонансы Фешбаха в малых магнитных полях и получена его конденсация Бозе-Энштейна, позволяющая реализовывать волновое поведение большого числа частиц и являющаяся первым шагом для реализации квантовых симуляций с ним.

Теоретическая и практическая значимость работы

Работа носит экспериментальный характер. Ее практическая значимость заключается в потенциале использования в квантовых технологиях достигнутых результатов и разработанных методов и технологий. В частности, разработанный метод измерения высокочастотных магнитных полей, разработанные методы обработки алмазных пластин и антенны, а также датчик вращения могут быть использованы в производстве сенсоров магнитного поля и вращения, которые могут применяться в геологии, инерционной навигации и других приложениях. Разработанные датчики температуры могут применяться и уже сегодня применяются в биологических исследованиях. Разработанные интерфейсы между холодными атомами и фотонами, а также центрами окраски в алмазе и фотонами имеют приложения в исследованиях по обработке квантовой информации и активно используются многими исследователями, что подтверждается высоким уровнем цитирования соответствующих работ. Полученный конденсат Бозе-Энштейна, а также разработанный метод его получения будут использованы в разработке квантовых симуляторов, наряду с продемонстрированными и исследованными в данной работе резонансами Фешбаха. Экспериментально обнаруженный темный экситон в задачах обработки квантовой информации и в задачах, связанных с получением горячих электронов. Разработанный метод получения горячих электронов в свою очередь может примеряться в каталитических реакциях.

Методология и методы исследования

В работе использованы методы лазерного, испарительного а также рамановского охлаждения атомных ансамблей, методы удержания атомов в дипольной ловушке, метод баясовской оптимизации, метод конфокальной микроскопии, метод манипулирования состояниями с помощью приложения

импульсов определенной площади и последовательностей таких импульсов, различные методы нанофабрикации, методы электронной микроскопии, методы контроля взаимодействия между атомами с помощью резонансов Фешбаха, методы лазерной спектроскопии и криогенной лазерной спектроскопии, методы корреляционной лазерной спектроскопии с высоким временным разрешением, методы счета числа фотонов, метод вытягивания волокна.

В работе так же был разработан ряд новых методов исследований, описанных в разделе 1.

Положения, выносимые на защиту

1. Получено состояние конденсации Бозе-Эйнштейна атома тулия. Состояние получено последовательным использованием активного лазерного охлаждения и испарительного охлаждения в оптической дипольной ловушке.

2. Реализован волоконный интерфейс между атомами рубидия и фотонами. Интерфейс реализован с использованием вытянутого оптического волокна, на котором был размещён фотонно-кристаллический резонатор. Атом удерживался в оптической дипольной ловушке, использующей отражение от резонатора.

3. Реализованы интерфейсы между фотонами и центрами окраски азот-вакансия с помощью волокна и на основе метаматериалов. Интерфейс на основе волокна реализован с помощью разработанного метода переноса отдельных нано алмазов, содержащих одиночный центр окраски. Интерфейс на основе метаматериалов реализован на структуре гиперболического метаматериала

с внедренными в него наноантеннами.

4. Экспериментально обнаружены долгоживущие состояния в коллоидных нано кристаллах CsPbBr3. Определено их положение по энергии методом спектрального анализа. Методом анализа кинетики и анализа влияния магнитного

поля на состоянии установлено, что обнаруженное состояние является синглетным экситоном.

5. Получено излучение горячих электронов с нано кристаллов CsPbBr3 методом каскадного поглощения. Наличие горячих электронов подтверждено прямым измерением тока покинувших кристаллы электронов.

6. Продемонстрирован новый метод измерения температуры на основе центров окраски германий-вакансия и олово-вакансия. Метод основан на анализе спектра центров окраски и связи ширины и положения ноль-фононной линии с температурой.

7. Разработаны и реализованы метод измерения высоко частотных полей с помощью центра окраски азот-вакансия в алмазе. Метод основан на использовании влияния высокочастотных магнитных полей на время продольной релаксации центров окраски азот-вакансия в алмазе.

8. Разработан датчик измерения вращения на основе центров окраски азот-вакансия в алмазе. Датчик основан на использовании механического момента ядерного спина азота в качестве сенсора вращения. Эффекты магнитного поля и температуры на ориентацию ядерного спина вычитаются в петле обратной связи. Измерение магнитного поля и температуры производится за счет использование оптически детектируемого магнитного резонанса на спине электрона центра окраски азот-вакансия.

Степень достоверности и апробация результатов

Результаты диссертации были доложены на ряде международных конференций, опубликованы в 54 рецензируемых научных журналах, активно цитируются и используются другими научными группами. Таким образом достоверность результатов не вызывает сомнений.

Личный вклад соискателя

Личный вклад соискателя в работах с соавторами заключается в следующем:

[А1-А45] - научное руководство, сборка и поддержка экспериментальных аппаратов, наладка лазерных систем, выполнение экспериментальных работ, [А46] - реализация фотонных кристаллов, вытянутых волокон, получение холодных атомов, [А47-А49] - настройка лазерных систем, научное консультирование, [А50] -- настройка конфокального микроскопа, сбор и получение экспериментальных данных, [А51-А53] - научное консультирование, настройка лазерных систем, конструирование вакуумного объема, [А54] - написание части статьи.

1 Краткое описание полученных соискателем

результатов

1.1 Получение вырожденного квантового газа атомов тулия

1.1.1 Глубокое лазерное охлаждение и столкновения

Атом тулия обладает несколькими сильными переходами, лежащими в синей области спектра. На основании тщательного анализа [15] для первичного лазерного охлаждения был выбран переход 4f13(2FoS)6s2{J = 7/2,Р = 4) ^

4^2(3Н5)5(1з652(] = 9/2,Р =5) с длиной волны 410.6 нм и естественной

2

шириной у = Г/2п = 10(4) МГц [16-19]. Этот переход не является полностью цикличным, но обеспечивает достаточное количество циклов поглощения и испускания фотонов для торможения атомов из широкого термального распределения со средней скоростью около 400 м/с до скорости около 20 м/с в зеемановском охладителе [20, 21].

После охлаждения в зеемановском охладителе традиционно атомы захватываются и охлаждаются с помощью магнитооптической ловушки, что и было использовано в нашей установке [17, 18, 22]. Для магнитооптической ловушки был выбран более слабый и несколько более циклический переход 4/13( ^0)б$2(/ =

!/!,¥ = 4) ~ 4/12( 3Я6)5Й5б52(/' = 9/2,F' = 5) с длиной волны 530.7 нм.

2

Скорость захвата в такую ловушку, однако, оказывается не более 5 м/с, поэтому для согласования выхода зеемановского охладителя и магнитооптической ловушки использовалась дополнительна оптическая патока[21], сформированная излучением 410.6 нм, которая охлаждала атомы до температуры ниже порога захвата магнитооптической ловушки. Другим возможным решением является замедление атомов на выходе зеемановксого охладителя, однако в этом случае из-за относительно большого угла разлета атомов на выходе охладителя, охладитель пришлось бы устанавливать очень близко к ловушке, и его магнитные поля интерферировали бы с полем ловушки. Использование дополнительно патоки позволяет решить эту проблему.

С точки зрения числа атомов есть несколько процессов, ограничивающих число атомов в магнитооптической ловушке. В частности, радиационное расталкивание является одним из процессов, существенно ограничивающим плотность атомов в магнитооптической ловушке [23, 24], существенную роль могут играть трёхчастные столкновения [25]. В случае атомов тулия, однако, наиболее существенным ограничением оказываются столкновения с участием света [21, 26], приводящие к потерям атома из ловушки. Процесс чувствителен к интенсивности света, поэтому при умеренной интенсивности света и больших диаметрах лазерных пучков (около 14 мм по уровню 1/е) удается накопить около 90 миллионов атомов в магнито-оптической ловушке.

Дальнейшее охлаждение атомов традиционно производится испарительным образом либо в магнитной, либо в оптической дипольной ловушке. Коллегами из

Гарвардского Университета [27] было показано, что атом тулия не удобен для хранения в магнитной ловушке, как и многие другие редкоземельные элементы, поэтому для испарительного этапа охлаждения была выбрана оптическая дипольная ловушка.

Глубокое лазерное охлаждение и получение состояния вырожденного газа требует минимизации внутренних степеней свободы, иными словами поляризации атомного облака. Такая поляризация может быть достигнута за счет использования большой отстройки лазерного излучения в магнитооптической ловушке [28]. В случае атома тулия атомы сначала загружались в магнитооптическую ловушку с малой отстройкой для получения большого количества атомов, затем ловушка отстраивалась для поляризации атомов в состояние ^ = 4, mF = -4). При этом около трети атомов терялось в процессе поляризации [29].

Поляризованные таким образом атомы загружались в дипольную ловушку, работающую на длине волны 532 нм, в которой также удалось измерить степень поляризации атомов [29]. К сожалению, магнитооптическая ловушка геометрически более чем на порядок больше дипольной в линейных размерах, поэтому эффективность перегрузки атомов из одной в другую оказывается не высокой. Для оптимизации перегрузки атомов из магнитооптической ловушки в оптическую дипольную ловушку последняя сканировалась вдоль одного из своих размеров, таким образом эффективно увеличивая площадь дипольной ловушки. За счет такого сканирования удалось повысить эффективность загрузки атомов в дипольную ловушку более, чем на порядок. В итоге в дипольной ловушке было получено 6 • 105 атомов при температуре 17 мкК, средние состояние которых оказалось mF = -3.91±0.26 при минимально возможном mF = -4.

1.1.2 Резонансы Фано-Фешбаха

Управление длинной рассеяния атомов может осуществляться с помощью так называемых резонансов Фано-Фешбаха. Суть явления заключается в следующем. При столкновении двух атомов их состояние можно рассматривать в молекулярном базисе. По мимо состояния, в котором атомы подготовлены в молекулярном базисе можно также записать состояния, советующие другим внутренним степеням свободы атома. Такие термы, называемы обычно "закрытыми каналами" - атом не может находится в этих состояниях в силу закона сохранения энергии - могут иметь связанные состояния, которые могу совпадать по энергии с энергией налетающих частиц. В случае такого резонанса у атомов будет наблюдутся существенное увеличение длины рассеяния. На склонах резонанса, таким образом, длину рассеяния можно регулировать. Положение уровня закрытого канала зависит от внешнего магнитного поля из-за эффекта Зеемана. Поэтому точный резонанс с данным связанным состоянием в закрытом канале наблюдается при определенном магнитном поле. Спектр резонансов можно изучить, просканировав магнитное поле.

В облаке холодных атомов тулия при концентрациях, типичных для магнитооптической ловушки доминируют двух частичные столкновения. В дипольной ловушке сразу после перегрузка атомов из магнитооптической ловушки также доминируют двух частичные столкновения, однако с ростом длины рассеяния роль трёхчастотных столкновений возрастает, приводя к потерям из ловушки. Поэтому регистрировать резонансы Фано-Фешбаха удобно по потерям из ловушки [30].

В настоящей работе резонансы Фано-Фешбаха были зарегистрированы в атоме тулия в диапазоне полей 0-24 Гс при различных температурах (2,4,6 и 12 мкК). Было обнаружено, что при повышении температуры количество резонансов заметно возрастает [30]. Такое возрастание может быть объяснено

возможностью перехода в большее число каналов с ростом температуры. При низкой температуре из-за наличия так называемого. центрифужного барьера [10] только Б-столкновения, т.е. столкновения с нулевым относительным орбитальным моментом, оказываются разрешены в отрытом канале. С ростом температуры, однако, роль столкновений с относительным орбитальным моментом больше единицы начинает возрастать. Из-за симметрии бозонных волновых функций только столкновения с четным орбитальным моментом оказываются возможны, поэтому следующим после Б-столкновений оказывает ё-канал, и так далее, что объясняет появление в эксперименте большего числа резонансов с ростом температуры.

Экспериментально рост числа резонансов, однако, сопровождается измерением их статистики, при низкой температуре статистика близка к случайной, а при высокой становится хаотической. Такой переход ранее для резонансов Фано-Фешбаха не наблюдался и не может быть объяснен чисто статистически в рамках теории случайных матриц [31] и по всей видимости требует полного квантового механического расчета для объяснения статистики этих резонансов.

Помимо роста числа резонансов с температурой был также обнаружен аномальный сдвиг резонанса с температурой. Предыдущие работы предсказывали, что сдвиг резонанса с ростом температуры может наблюдаться только в сторону больших магнитных полей [32]. Экспериментально же для ё резонансов и резонансов более высокого порядка наблюдался сдвиг в другую сторону. Данное поведение было подробно исследовано и объяснено типичной для экспериментов связью достигнутой температуры атомов и глубины ловушки [30, 33]. Для этих целей была экспериментально изучена тензорная, векторная и скалярная поляризуемость атома тулия вблизи длины волны оптической дипольной ловушки [34].

Следует отметить, что резонансы, зарегистрированные при высокой температуре, могут иметь место также при высокой плотности, поэтому знание положений этих резонансов важно для получения конденсата Бозе-Эйнштейна и работы с ним.

1.1.3 Конденсат Бозе-Эйнштейна атомов тулия

Получение вырожденного квантового газа является сложной экспериментальной задачей. Переход в состояние квантового вырожденного газа наблюдается при повышении фазовой плотности ансамбля атомов до критического значения 2.612 [35]. Обычно такое повышение достигается за счет вынужденного испарительного охлаждения, т.е. испарительного охлаждения, в котором глубина ловушки понижается для ускорения процесса охлаждения. Такое охлаждение, однако, содержит много параметров, оптимизация которых может занимать значительное время. Альтернативным подходом, разработанным в рамках данной работы, является использование машинного обучения (Баяссовой оптимизации) [36]. В рамках данного подхода параметры охлаждения, такие как сканирование положения пучка дипольной ловушки, его глубины, времени включения и мощности второго пучка дипольной ловушки и прочее подбирались компьютером на основании имеющегося массива экспериментальных измерений. Начальный набор измерений создавался путем случайного варьирования лучшей последовательности, полученной вручную. Все измерения передавались в компьютер, проводящий оптимизацию в автоматическом режиме. В качестве параметра оптимизации была выбрана эффективность охлаждения, определенная как отношение логарифма относительной фазовой плотности к относительному числу атомов в ловушке.

Список литературы диссертационного исследования доктор наук Акимов Алексей Владимирович, 2024 год

Список использованной литературы

1 Nielsen, M.A. and Chuang, I.L. (2010) Quantum Computation and Quantum Information. 10th Anniv., Cambridge University Press.

2 Georgescu, I.M., Ashhab, S. and Nori, F. (2014) Quantum Simulation. Reviews of Modern Physics, 86, 153-185. https://doi.org/10.1103/RevModPhys.86.153.

3 Taylor, M.A. and Bowen, W.P. (2015) Quantum Metrology and Its Application in Biology. Physics Reports. https://doi.org/10.1016/j.physrep.2015.12.002.

4 Waks, E., Inoue, K., Santori, C., Fattal, D., Vuckovic, J., Solomon, G.S. and Yamamoto, Y. (2002) Secure Communication: Quantum Cryptography with a Photon Turnstile. Nature, 420, 762. https://doi.org/10.1038/420762a.

5 Brichkin, S.B. and Razumov, V.F. (2016) Colloidal Quantum Dots: Synthesis, Properties and Applications. Russian Chemical Reviews, Autonomous Nonprofit Organization Editorial Board of the journal Uspekhi Khimii, 85, 1297-1312. https://doi.org/10.1070/RCR4656/XML.

6 Dong, Y., Qiao, T., Kim, D., Parobek, D., Rossi, D., Hee Son, D. and Son, D.H. (2018) Precise Control of Quantum Confinement in Cesium Lead Halide Perovskite Quantum Dots via Thermodynamic Equilibrium. Nano Letters, American Chemical Society, 18, 3716-3722. https://doi.org/10.1021/acs.nanolett.8b00861.

7 Moody, G., Sorger, V.J., Blumenthal, D.J., Juodawlkis, P.W., Loh, W., Sorace-Agaskar, C., Jones, A.E., Balram, K.C., Matthews, J.C.F., Laing, A., Davanco, M., Chang, L., Bowers, J.E., Quack, N., Galland, C., Aharonovich, I., Wolff, M.A., Schuck, C., Sinclair, N., Loncar, M., Komljenovic, T., Weld, D., Mookherjea, S., Buckley, S., Radulaski, M., Reitzenstein, S., Pingault, B., Machielse, B., Mukhopadhyay, D., Akimov, A., Zheltikov, A., Agarwal, G.S., Srinivasan, K., Lu, J., Tang, H.X., Jiang, W., McKenna, T.P., Safavi-Naeini, A.H., Steinhauer, S., Elshaari, A.W., Zwiller, V.,

Davids, P.S., Martinez, N., Gehl, M., Chiaverini, J., Mehta, K.K., Romero, J., Lingaraju, N.B., Weiner, A.M., Peace, D., Cernansky, R., Lobino, M., Diamanti, E., Vidarte, L.T. and Camacho, R.M. (2022) 2022 Roadmap on Integrated Quantum Photonics. Journal of Physics: Photonics, IOP Publishing, 4, 012501. https://doi.org/10.1088/2515-7647/ac1ef4.

8 Degen, C.L., Reinhard, F. and Cappellaro, P. (2017) Quantum Sensing. Reviews of Modern Physics, American Physical Society, 89, 035002. https://doi.org/10.1103/REVMODPHYS.89.035002/FIGURES/13/MEDIUM.

9 Altman, E., Brown, K.R., Carleo, G., Carr, L.D., Demler, E., Chin, C., Demarco, B., Economou, S.E., Eriksson, M.A., Fu, K.M.C., Greiner, M., Hazzard, K.R.A., Hulet, R.G., Kollar, A.J., Lev, B.L., Lukin, M.D., Ma, R., Mi, X., Misra, S., Monroe, C., Murch, K., Nazario, Z., Ni, K.K., Potter, A.C., Roushan, P., Saffman, M., Schleier-Smith, M., Siddiqi, I., Simmonds, R., Singh, M., Spielman, I.B., Temme, K., Weiss, D.S., Vuckovic, J., Vuletic, V., Ye, J. and Zwierlein, M. (2021) Quantum Simulators: Architectures and Opportunities. PRX Quantum, American Physical Society, 2, 017003. https://doi.org/10.1103/PRXQuantum.2.017003.

10 Chin, C., Grimm, R., Julienne, P. and Tiesinga, E. (2010) Feshbach Resonances in Ultracold Gases. Reviews of Modern Physics, American Physical Society, 82, 1225-1286. https://doi.org/10.1103/RevModPhys.82.1225.

11 Lu, M., Burdick, N.Q. and Lev, B.L. (2012) Quantum Degenerate Dipolar Fermi Gas. Physical Review Letters, American Physical Society, 108, 215301. https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.108.215301.

12 Lahaye, T., Menotti, C., Santos, L., Lewenstein, M. and Pfau, T. (2009) The Physics of Dipolar Bosonic Quantum Gases. Reports on Progress in Physics, 72, 71. https://doi.org/10.1088/0034-4885/72/12/126401.

13 Trautmann, A., Ilzhöfer, P., Durastante, G., Politi, C., Sohmen, M., Mark, M.J. and Ferlaino, F. (2018) Dipolar Quantum Mixtures of Erbium and Dysprosium Atoms. Physical Review Letters, American Physical Society, 121, 213601. https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.121.213601.

14 Greiner, M. and Fölling, S. (2008) Condensed-Matter Physics: Optical Lattices. Nature, 453, 736-738. https://doi.org/10.1038/453736a.

15 Akimov, A. V, Chebakov, K.Y., Tolstikhina, I.Y., Sokolov, A. V, Rodionov, P.B., Kanorsky, S.I., Sorokin, V.N. and Kolachevsky, N.N. (2008) Study of Transitions in Thulium Atoms in the 410-420-Nm Range for Laser Cooling. Quantum Electronics, 38, 961-968. https://doi.org/10.1070/QE2008v038n10ABEH013794.

16 Sukachev, D., Chebakov, K., Sokolov, A., Akimov, A., Kolachevsky, N. and Sorokin, V. (2011) Laser Cooling of Thulium Atoms. Optics and Spectroscopy, 111, 633638. https://doi.org/10.1134/S0030400X11110282.

17 Sukachev, D.D., Kalganova, E.S., Sokolov, A. V, Fedorov, S.A., Vishnyakova, G.A., Akimov, A. V, Kolachevsky, N.N. and Sorokin, V.N. (2014) Secondary Laser Cooling and Capturing of Thulium Atoms in Traps. Quantum Electronics, IOP Publishing, 44, 515-520. https://doi.org/10.1070/QE2014v044n06ABEH015392.

18 Vishnyakova, G.A., Kalganova, E.S., Sukachev, D.D., Fedorov, S.A., Sokolov, A. V, Akimov, A. V, Kolachevsky, N.N. and Sorokin, V.N. (2014) Two-Stage Laser Cooling and Optical Trapping of Thulium Atoms. Laser Physics, IOP Publishing, 24, 074018. https://doi.org/10.1088/1054-660X/24/7/074018.

19 Sukachev, D., Sokolov, A., Chebakov, K., Akimov, A., Kolachevsky, N. and Sorokin, V. (2010) Sub-Doppler Laser Cooling of Thulium Atoms in a Magneto-Optical Trap. JETP Letters, SP MAIK Nauka/Interperiodica, 92, 703-706. https://doi.org/10.1134/S0021364010220133.

20 Chebakov, K., Sokolov, A., Akimov, A., Sukachev, D., Kanorsky, S., Kolachevsky, N. and Sorokin, V. (2009) Zeeman Slowing of Thulium Atoms. Optics Letters, Optical Society of America, 34, 2955. https://doi.org/10.1364/OL.34.002955.

21 Cojocaru, I.S., Pyatchenkov, S. V., Snigirev, S.A., Luchnikov, I.A., Kalganova, E.S., Vishnyakova, G.A., Kublikova, D.N., Bushmakin, V.S., Davletov, E.T., Tsyganok, V. V., Belyaeva, O. V., Khoroshilov, A., Sorokin, V.N., Sukachev, D.D. and Akimov, A. V. (2017) Light-Assisted Collisions in Ultracold Tm Atoms. Physical Review A, American Physical Society, 95, 012706. https: //doi.org/10.1103/PhysRevA.95.012706.

22 Sukachev, D.D., Kalganova, E.S., Akimov, A.V., Vishnyakova, G.A., Kolachevsky, N.N., Sokolov, A.V., Savchenkov, A.V., Golovizin, A.A. and Sorokin, V.N. (2013) Collimation of a Thulium Atomic Beam by Two-Dimensional Optical Molasses. Quantum Electronics, 43. https://doi.org/10.1070/QE2013v043n04ABEH015118.

23 Townsend, C.G., Edwards, N.H., Cooper, C.J., Zetie, K.P., Foot, C.J., Steane, A.M., Szriftgiser, P., Perrin, H. and Dalibard, J. (1995) Phase-Space Density in the Magneto-Optical Trap. Physical Review A, American Physical Society, 52, 14231440. https://doi.org/10.1103/PhysRevA.52.1423.

24 Steane, A.M., Chowdhury, M. and Foot, C.J. (1992) Radiation Force in the Magneto-Optical Trap. Journal of the Optical Society of America B, Optical Society of America, 9, 2142. https://doi.org/10.1364/JOSAB.9.002142.

25 Weiner, J., Bagnato, V.S., Zilio, S. and Julienne, P.S. (1999) Experiments and Theory in Cold and Ultracold Collisions. Reviews of Modern Physics, 71, 1-85. https://doi.org/10.1103/RevModPhys.71.1.

26 Kozhokaru, I.S., Davletov, E.T. and Akimov, A. V. (2017) Effect of Optical Pumping on the Thulium Absorption Spectrum Saturation and Width. Bulletin of the

Lebedev Physics Institute, Allerton Press, 44, 249-253. https://doi.org/10.3103/S1068335617090019.

27 Connolly, C.B., Au, Y.S., Doret, S.C., Ketterle, W. and Doyle, J.M. (2010) Large Spin Relaxation Rates in Trapped Submerged-Shell Atoms. Physical Review A, American Physical Society, 81, 010702(R). https: //doi.org/10.1103/PhysRevA. 81.010702.

28 Choi, J.M., Kim, J.M., Jeong, S.Y. and Cho, D. (2005) Production of Spin-Polarized Cold Atoms by Optical Pumping in a Magneto-Optical Trap. Journal of the Korean Physical Society, Korean Physical Society, 46, 425-430. http: //www.j kps.or. kr/j ournal/view.html?uid=6847&vmd=Full.

29 Tsyganok, V.V., Khlebnikov, V.A., Kalganova, E.S., Pershin, D.A., Davletov, E.T., Cojocaru, I.S., Luchnikov, I.A., Berezutskii, A.V., Bushmakin, V.S., Sorokin, V.N. and Akimov, A.V. (2018) Polarized Cold Cloud of Thulium Atom. Journal of Physics B: Atomic, Molecular and Optical Physics, IOP Publishing, 51, 165001. https://doi.org/10.1088/1361-6455/aad445.

30 Khlebnikov, V.A., Pershin, D.A., Tsyganok, V.V., Davletov, E.T., Cojocaru, I.S., Fedorova, E.S., Buchachenko, A.A. and Akimov, A.V. (2019) Random to Chaotic Statistic Transformation in Low-Field Fano-Feshbach Resonances of Cold Thulium Atoms. Physical Review Letters, American Physical Society, 123, 213402. https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.123.213402.

31 Davletov, E.T., Tsyganok, V. V., Khlebnikov, V.A., Pershin, D.A. and Akimov, A. V. (2020) Random Matrix Theory Analysis of a Temperature-Related Transformation in Statistics of Fano-Feshbach Resonances in Thulium Atoms. Entropy 2020, Vol. 22, Page 1394, Multidisciplinary Digital Publishing Institute, 22, 1394. https://doi.org/10.3390/E22121394.

32 Maier, T., Kadau, H., Schmitt, M., Wenzel, M., Ferrier-Barbut, I., Pfau, T., Frisch, A., Baier, S., Aikawa, K., Chomaz, L., Mark, M.J., Ferlaino, F., Makrides, C., Tiesinga, E., Petrov, A. and Kotochigova, S. (2015) Emergence of Chaotic Scattering in Ultracold Er and Dy. Physical Review X, American Physical Society, 5, 041029. https://doi.org/10.1103/PhysRevX. 5.041029.

33 Khlebnikov, V.A., Tsyganok, V.V., Pershin, D.A., Davletov, E.T., Kuznetsova, E. and Akimov, A.V. (2021) Characterizing the Temperature Dependence of Fano-Feshbach Resonances of Ultracold Polarized Thulium. Physical Review A, American Physical Society, 103, 023306. https://doi.org/10.1103/PHYSREVA.103.023306/FIGURES/5/MEDIUM.

34 Tsyganok, V.V., Pershin, D.A., Davletov, E.T., Khlebnikov, V.A. and Akimov, A.V. (2019) Scalar, Tensor, and Vector Polarizability of Tm Atoms in a 532-Nm Dipole Trap. Physical Review A, American Physical Society, 100, 042502. https://doi.org/10.1103/PhysRevA.100.042502.

35 Pethick, C.J. and Smith, H. (2008) Bose-Einstein Condensation in Dilute Gases. Bose-Einstein Condensation in Dilute Gases, 2nd ed., Cambridge University Press, Cambridge. https://doi.org/10.1017/CBO9780511802850.

36 Davletov, E.T., Tsyganok, V.V., Khlebnikov, V.A., Pershin, D.A., Shaykin, D.V. and Akimov, A.V. (2020) Machine Learning for Achieving Bose-Einstein Condensation of Thulium Atoms. Physical Review A, American Physical Society, 102, 011302. https://doi.org/10.1103/PhysRevA.102.011302.

37 Wu, H. and Arimondo, E. (1998) Expansion of the Non-Condensed Trapped Bose Gas in Bose-Einstein Condensation. Europhysics Letters (EPL), IOP Publishing, 43, 141-146. https://doi.org/10.1209/epl/i1998-00332-7.

38 Chang, D.E., Demler, E.A., Lukin, M.D. and Quantum, D. (2007) A SinglePhoton Transistor Using Nano-Scale Surface Plasmons. Quantum optics, 2, 1-20. https://doi.org/10.1038/nphys708.

39 Quinn, T.J. (2003) Practical Realization of the Definition of the Metre, Including Recommended Radiations of Other Optical Frequency Standards (2001). Metrologia, IOP Publishing, 40, 103. https://doi.org/10.1088/0026-1394/40/2Z316.

40 Snigirev, S.A., Golovizin, A.A., Pyatchenkov, S.V., Tregubov, D.O., Akimov, A.V., Kolachevskii, N.N. and Sorokin, V.N. (2015) Measurement of Polarizabilities of 5D Levels of Rubidium in a Magnetic Trap. Optics and Spectroscopy (English translation of Optika i Spektroskopiya), 119. https://doi.org/10.1134/S0030400X15100252.

41 Snigirev, S., Golovizin, A., Tregubov, D., Pyatchenkov, S., Sukachev, D., Akimov, A., Sorokin, V. and Kolachevsky, N. (2014) Measurement of the 5 D -Level Polarizability in Laser-Cooled Rb Atoms. Physical Review A - Atomic, Molecular, and Optical Physics, American Physical Society, 89, 012510. https: //j ournals.aps. org/pra/abstract/10.1103/PhysRevA. 89.012510.

42 Thompson, J.D., Tiecke, T.G., de Leon, N.P., Feist, J., Akimov, A. V, Gullans, M., Zibrov, A.S., Vuletic, V. and Lukin, M.D. (2013) Coupling a Single Trapped Atom to a Nanoscale Optical Cavity. Science (New York, N.Y.), 340, 1202-1205. https://doi.org/10.1126/science.1237125.

43 Babinec, T.M., Hausmann, B., Khan, M., Zhang, Y., Maze, J.R., Hemmer, P.R. and Loncar, M. (2010) A Diamond Nanowire Single-Photon Source. Nature nanotechnology, Nature Publishing Group, 5, 195-199. https: //doi.org/10.1038/nnano .2010.6.

44 Balasubramanian, G., Neumann, P., Twitchen, D., Markham, M., Kolesov, R., Mizuochi, N., Isoya, J., Achard, J., Beck, J., Tissler, J., Jacques, V., Hemmer, P.R.,

Jelezko, F. and Wrachtrup, J. (2009) Ultralong Spin Coherence Time in Isotopically Engineered Diamond. Nature Materials, Nature Publishing Group, 8, 383-387. https://doi.org/10.1038/nmat2420.

45 Dolde, F., Fedder, H., Doherty, M.W., Nöbauer, T., Rempp, F., Balasubramanian, G., Wolf, T., Reinhard, F., Hollenberg, L.C.L., Jelezko, F. and Wrachtrup, J. (2011) Electric-Field Sensing Using Single Diamond Spins. Nature Physics, Nature Publishing Group, 7, 459-463. https://doi.org/10.1038/nphys1969.

46 Taylor, J.M., Cappellaro, P., Childress, L., Jiang, L., Budker, D., Hemmer, P.R., Yacoby, A., Walsworth, R. and Lukin, M.D. (2008) High-Sensitivity Diamond Magnetometer with Nanoscale Resolution. Nature Physics, Nature Publishing Group, 4, 810-816. http://dx.doi.org/10.1038/nphys 1075.

47 Maze, J.R., Stanwix, P.L., Hodges, J.S., Hong, S., Taylor, J.M., Cappellaro, P., Jiang, L., Dutt, M.V.G., Togan, E., Zibrov, A.S., Yacoby, A., Walsworth, R.L. and Lukin, M.D. (2008) Nanoscale Magnetic Sensing with an Individual Electronic Spin in Diamond. Nature, 455, 644-647. https://doi.org/10.1038/nature07279.

48 Dutt, M.G., Childress, L., Jiang, L., Togan, E., Maze, J., Jelezko, F., Zibrov, A.S., Hemmer, P.R. and Lukin, M.D. (2007) Quantum Register Based on Individual Electronic and Nuclear Spin Qubits in Diamond. Science (New York, N.Y.), 316, 13121316. https://doi.org/10.1126/science. 1139831.

49 Sukachev, D.D., Sipahigil, A., Nguyen, C.T., Bhaskar, M.K., Evans, R.E., Jelezko, F. and Lukin, M.D. (2017) Silicon-Vacancy Spin Qubit in Diamond: A Quantum Memory Exceeding 10 Ms with Single-Shot State Readout. Physical Review Letters, American Physical Society, 119, 223602. https://doi.org/10.1103/PhysRevLett. 119.223602.

50 Akimov, A. V, Mukherjee, A., Yu, C.L., Chang, D.E., Zibrov, a S., Hemmer, P.R., Park, H. and Lukin, M.D. (2007) Generation of Single Optical Plasmons in Metallic

Nanowires Coupled to Quantum Dots. Nature, Nature Publishing Group, 450, 402-406. https://doi.org/10.1038/nature06230.

51 de Leon, N.P., Shields, B.J., Yu, C.L., Englund, D.E., Akimov, A. V, Lukin, M.D. and Park, H. (2012) Tailoring Light-Matter Interaction with a Nanoscale Plasmon Resonator. Physical review letters, American Physical Society, 108, 226803. https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.108.226803.

52 Poddubny, A., Iorsh, I., Belov, P. and Kivshar, Y. (2013) Hyperbolic Metamaterials. Nature Photonics, 7, 948-957. https://doi.org/10.1038/nphoton.2013.243.

53 Purcell, E.M. (1946) Harvard University.-For. Phys. Rev., 69, 681.

54 Shalaginov, M.Y., Vorobyov, V. V., Liu, J., Ferrera, M., Akimov, A. V., Lagutchev, A., Smolyaninov, A.N., Klimov, V. V., Irudayaraj, J., Kildishev, A. V., Boltasseva, A. and Shalaev, V.M. (2015) Enhancement of Single-Photon Emission from Nitrogen-Vacancy Centers with TiN/(Al,Sc)N Hyperbolic Metamaterial. Laser & Photonics Reviews, 9, 120-127. https://doi.org/10.1002/lpor.201400185.

55 Shalaginov, M.Y., Bogdanov, S., Vorobyov, V. V., Lagutchev, A.S., Kildishev, A. V., Akimov, A. V., Boltasseva, A. and Shalaev, V.M. (2015) Enhancement of Single-Photon Sources with Metamaterials. From Atomic to Mesoscale, WORLD SCIENTIFIC, 123-148. https://doi.org/10.1142/9789814678704_0006.

56 Bogdanov, S., Shalaginov, M.Y., Akimov, A., Lagutchev, A.S., Kapitanova, P., Liu, J., Woods, D., Ferrera, M., Belov, P., Irudayaraj, J., Boltasseva, A. and Shalaev, V.M. (2017) Electron Spin Contrast of Purcell-Enhanced Nitrogen-Vacancy Ensembles in Nanodiamonds. Physical Review B, American Physical Society, 96, 35146. https: //doi.org/10.1103/PhysRevB.96.035146.

57 Vorobyov, V. V., Kazakov, A.Yu., Soshenko, V. V., Korneev, A.A., Shalaginov, M.Y., Bolshedvorskii, S. V., Sorokin, V.N., Divochiy, A. V., Vakhtomin,

Y.B., Smirnov, K. V., Voronov, B.M., Shalaev, V.M., Akimov, A. V. and Goltsman, G.N. (2017) Superconducting Detector for Visible and Near-Infrared Quantum Emitters [Invited]. Optical Materials Express, Optical Society of America, 7, 513. https://doi.org/10.1364/0ME.7.000513.

58 Vorobyov, V. V., Soshenko, V. V., Bolshedvorskii, S. V., Javadzade, J., Lebedev, N., Smolyaninov, A.N., Sorokin, V.N. and Akimov, A. V. (2016) Coupling of Single NV Center to Adiabatically Tapered Optical Single Mode Fiber. The European Physical Journal D, EDP Sciences, Societa Italiana di Fisica, Springer-Verlag, 70, 269. https://doi.org/10.1140/EPJD/E2016-70099-3.

59 Alajlan, A., Cojocaru, I. and Akimov, A.V.A.V. (2019) Compact Design of a Gallium Phosphide Nanobeam Cavity for Coupling to Diamond Germanium-Vacancy Centers. Optical Materials Express, OSA, 9, 1678. https://doi.org/10.1364/OME.9.001678.

60 Alajlan, A., Khurana, M., Liu, X., Cojocaru, I. and Akimov, A. V. (2020) Free-Standing Silicon Nitride Nanobeams with an Efficient Fiber-Chip Interface for Cavity QED. Optical Materials Express, Optical Society of America, 10, 3192. https://doi.org/10.1364/OME.411219.

61 Bolshedvorskii, S. V, Vorobyov, V. V, Soshenko, V. V, Shershulin, V.A., Javadzade, J., Zeleneev, A.I., Komrakova, S.A., Sorokin, V.N., Belobrov, P.I., Smolyaninov, A.N. and Akimov, A. V. (2017) Single Bright NV Centers in Aggregates of Detonation Nanodiamonds. Optical Materials Express, OSA, 7, 4038-4049. https://doi.org/10.1364/OME.7.004038.

62 Bolshedvorskii, S., V., Zeleneev, A.I., Vorobyov, V. V., Soshenko, V. V., Rubinas, O.R., Zhulikov, L.A., Pivovarov, P.A., Sorokin, V.N., Smolyaninov, A.N., Kulikova, L.F., Garanina, A.S., Lyapin, S.G., Agafonov, V.N., Uzbekov, R.E., Davydov, V.A. and Akimov, A. V. (2019) Single Silicon Vacancy Centers in 10 Nm Diamonds for

Quantum Information Applications. ACS Applied Nano Materials, American Chemical Society, 2, 4765-4772. https://doi.org/10.1021/ACSANM.9B00580.

63 Becker, M.A., Vaxenburg, R., Nedelcu, G., Sercel, P.C., Shabaev, A., Mehl, M.J., Michopoulos, J.G., Lambrakos, S.G., Bernstein, N., Lyons, J.L., Stoferle, T., Mahrt, R.F., Kovalenko, M. V., Norris, D.J., Raino, G. and Efros, A.L. (2018) Bright Triplet Excitons in Caesium Lead Halide Perovskites. Nature, 553, 189-193. https : //doi.org/10.1038/nature25147.

64 Rossi, D., Liu, X., Lee, Y., Khurana, M., Puthenpurayil, J., Kim, K., V. Akimov, A., Cheon, J. and Hee Son, D. (2020) Intense Dark Exciton Emission from Strongly Quantum-Confined CsPbBr3 Nanocrystals. Nano Letters, 20, 7321-7326. https://doi.org/10.1021/acs.nanolett.0c02714.

65 Rossi, D., Qiao, T., Liu, X., Khurana, M., Akimov, A. V, Cheon, J. and Son, D.H. (2020) Size-Dependent Dark Exciton Properties in Cesium Lead Halide Perovskite Quantum Dots. The Journal of Chemical Physics, American Institute of Physics, 153, 184703. https://doi.org/10.1063/5.0027972.

66 Tang, X., Khurana, M., Rossi, D., Luo, L., Akimov, A. V. and Son, D.H. (2022) Exciton Photoluminescence of Strongly Quantum-Confined Formamidinium Lead Bromide (FAPbBr3) Quantum Dots. Journal of Physical Chemistry C, American Chemical Society, 126, 18366-18373. https://doi.org/10.1021/ACS.JPCC.2C05661/SUPPL_FILE/JP2C05661_SI_001.PDF.

67 Qiao, T., Liu, X., Rossi, D., Khurana, M., Lin, Y., Wen, J., Cheon, J., Akimov, A. V. and Son, D.H. (2021) Magnetic Effect of Dopants on Bright and Dark Excitons in Strongly Confined Mn-Doped CsPbI3Quantum Dots. Nano Letters, American Chemical Society, 21, 9543-9550. https://doi.org/10.1021/ACS.NAN0LETT.1C03114/SUPPL_FILE/NL 1C03114_SI_00 1.PDF.

68 Mukherjee, S., Libisch, F., Large, N., Neumann, O., Brown, L. V., Cheng, J., Lassiter, J.B., Carter, E.A., Nordlander, P. and Halas, N.J. (2013) Hot Electrons Do the Impossible: Plasmon-Induced Dissociation of H 2 on Au. Nano Letters, American Chemical Society, 13, 240-247. https://doi.org/10.1021/NL303940Z/SUPPL_FILE/NL303940Z_SI_001.PDF.

69 Zhou, D., Li, X., Zhou, Q. and Zhu, H. (2020) Infrared Driven Hot Electron Generation and Transfer from Non-Noble Metal Plasmonic Nanocrystals. Nature Communications 2020 11:1, Nature Publishing Group, 11, 1-7. https://doi.org/10.1038/s41467-020-16833-1.

70 Clavero, C. (2014) Plasmon-Induced Hot-Electron Generation at Nanoparticle/Metal-Oxide Interfaces for Photovoltaic and Photocatalytic Devices. Nature Photonics 2014 8:2, Nature Publishing Group, 8, 95-103. https://doi.org/10.1038/nphoton.2013.238.

71 Clavero, C. (2014) Plasmon-Induced Hot-Electron Generation at Nanoparticle/Metal-Oxide Interfaces for Photovoltaic and Photocatalytic Devices. Nature Photonics 2014 8:2, Nature Publishing Group, 8, 95-103. https://doi.org/10.1038/nphoton.2013.238.

72 Zhang, Y., He, S., Guo, W., Hu, Y., Huang, J., Mulcahy, J.R. and Wei, W.D. (2018) Surface-Plasmon-Driven Hot Electron Photochemistry. Chemical reviews, Chem Rev, 118, 2927-2954. https://doi.org/10.1021/ACS.CHEMREV.7B00430.

73 Wang, C.W., Liu, X., Qiao, T., Khurana, M., Akimov, A. V. and Son, D.H. (2022) Photoemission of the Upconverted Hot Electrons in Mn-Doped CsPbBr3Nanocrystals. Nano Letters, American Chemical Society, 22, 6753-6759. https://doi.org/10.1021/ACS.NANOLETT.2C02342/SUPPL_FILE/NL2C02342_SI_00 1.PDF.

74 Fedotov, I. V, Doronina-Amitonova, L. V, Sidorov-Biryukov, D.A., Safronov, N.A., Levchenko, A.O., Zibrov, S.A., Blakley, S., Perez, H., Akimov, A. V, Fedotov, A.B., Hemmer, P., Sakoda, K., Velichansky, V.L., Scully, M.O. and Zheltikov, A.M. (2014) Fiber-Optic Magnetometry with Randomly Oriented Spins. Optics Letters, OSA, 39, 6755-6758. https://doi.org/10.1364/OL.39.006755.

75 Rubinas, O.R., Vorobyov, V.V., Soshenko, V.V., Bolshedvorskii, S.V., Sorokin, V.N., Smolyaninov, A.N., Vins, V.G., Yelisseyev, A.P. and Akimov, A.V. (2018) Spin Properties of NV Centers in High-Pressure, High-Temperature Grown Diamond. Journal of Physics Communications, IOP Publishing, 2, 115003. https://doi.org/10.1088/2399-6528/aae992.

76 Bogdanov, S.A., Gorbachev, A.M., Radishev, D.B., Vikharev, A.L., Lobaev, M.A., Gusev, S.A., Tatarsky, D.A., Bolshedvorskii, S. V., Akimov, A. V. and Chernov, V. V. (2019) Creation of Localized NV Center Ensembles in CVD Diamond by Electron Beam Irradiation. Technical Physics Letters, Pleiades Publishing, 45, 281-284. https://doi.org/10.1134/S1063785019030222/METRICS.

77 Bogdanov, S., Gorbachev, A., Radishev, D., Vikharev, A., Lobaev, M., Bolshedvorskii, S., Soshenko, V., Gusev, S., Tatarskiy, D. and Akimov, A. (2021) Investigation of High-Density Nitrogen Vacancy Center Ensembles Created in Electron-Irradiated and Vacuum-Annealed Delta-Doped Layers. physica status solidi (RRL) -Rapid Research Letters, John Wiley & Sons, Ltd, 15, 2000550. https://doi.org/10.1002/PSSR.202000550.

78 Bolshedvorskii, S. V., Tarelkin, S.A., Soshenko, V. V., Cojocaru, I.S., Rubinas, O.R., Sorokin, V.N., Vins, V.G., Smolyaninov, A.N., Buga, S.G., Galkin, A.S., Drozdova, T.E., Kuznetsov, M.S., Nosukhin, S.A. and Akimov, A. V. (2023) The Study of the Efficiency of Nitrogen to Nitrogen-Vacancy (NV)-Center Conversion in High-

Nitrogen Content Samples. physica status solidi (RRL) - Rapid Research Letters, John Wiley & Sons, Ltd, 17, 2200415. https://doi.org/10.1002/PSSR.202200415.

79 Yaroshenko, V., Soshenko, V., Vorobyov, V., Bolshedvorskii, S., Nenasheva, E., Kotel'nikov, I., Akimov, A. and Kapitanova, P. (2020) Circularly Polarized Microwave Antenna for Nitrogen Vacancy Centers in Diamond. Review of Scientific Instruments, 91, 035003. https://doi.org/10.1063/L5129863.

80 Kapitanova, P., Soshenko, V.V. V., Vorobyov, V.V. V., Dobrykh, D., Bolshedvorskii, S.V. V., Sorokin, V.N.N. and Akimov, A.V. V. (2018) 3D Uniform Manipulation of NV Centers in Diamond Using a Dielectric Resonator Antenna. JETP Letters, Pleiades Publishing, 108, 588-595. https://doi.org/10.1134/S0021364018210014.

81 Soshenko, V. V, Rubinas, O.R., Vorobyov, V. V, Bolshedvorskii, S. V, Kapitanova, P. V, Sorokin, V.N. and Akimov, A. V. (2018) Microwave Antenna for Exciting Optically Detected Magnetic Resonance in Diamond NV Centers. Bulletin of the Lebedev Physics Institute, 45, 237-240. https://doi.org/10.3103/S1068335618080043.

82 Ebel, J., Joas, T., Schalk, M., Weinbrenner, P., Angerer, A., Majer, J. and Reinhard, F. (2021) Dispersive Readout of Room-Temperature Ensemble Spin Sensors. Quantum Science and Technology, IOP Publishing, 6, 03LT01. https://doi.org/10.1088/2058-9565/ABFAAF.

83 Bogdanov, S.A.A., Bolshedvorskii, S.V. V., Zeleneev, A.I.I., Soshenko, V.V. V., Rubinas, O.R.R., Radishev, D.B.B., Lobaev, M.A.A., Vikharev, A.L.L., Gorbachev, A.M.M., Drozdov, M.N.N., Sorokin, V.N.N. and Akimov, A.V. V. (2020) Optical Investigation of As-Grown NV Centers in Heavily Nitrogen Doped Delta Layers in CVD Diamond. Materials Today Communications, 24, 101019. https://doi.org/10.1016/j.mtcomm.2020.101019.

84 Trofimov, S.D., Tarelkin, S.A., Bolshedvorskii, S. V., Bormashov, V.S., Troshchiev, S.Yu., Golovanov, A. V., Luparev, N. V., Prikhodko, D.D., Boldyrev, K.N., Terentiev, S.A., Akimov, A. V., Kargin, N.I., Kukin, N.S., Gusev, A.S., Shemukhin, A.A., Balakshin, Y. V., Buga, S.G. and Blank, V.D. (2020) Spatially Controlled Fabrication of Single NV Centers in IIa HPHT Diamond. Optical Materials Express, The Optical Society, 10, 198. https://doi.org/10.1364/ome.10.000198.

85 Rubinas, O.R., Soshenko, V. V., Bolshedvorskii, S. V., Zeleneev, A.I., Galkin, A.S., Tarelkin, S.A., Troschiev, S.Y., Vorobyov, V. V., Sorokin, V.N., Sukhanov, A.A., Vins, V.G., Smolyaninov, A.N. and Akimov, A. V. (2021) Optimization of the Coherence Properties of Diamond Samples with an Intermediate Concentration of NV Centers. Results in Physics, 21, 103845. https://doi.org/10.1016/J.RINP.2021.103845.

86 Soshenko, V. V., Bolshedvorskii, S. V., Rubinas, O., Sorokin, V.N., Smolyaninov, A.N., Vorobyov, V. V. and Akimov, A. V. (2021) Nuclear Spin Gyroscope Based on the Nitrogen Vacancy Center in Diamond. Physical Review Letters, American Physical Society, 126, 197702. https://doi.org/10.1103/PHYSREVLETT.126.197702/FIGURES/4/MEDIUM.

87 Soshenko, V.V., Vorobyov, V.V., Bolshedvorskii, S.V., Rubinas, O., Cojocaru, I., Kudlatsky, B., Zeleneev, A.I., Sorokin, V.N., Smolyaninov, A.N. and Akimov, A.V. (2020) Temperature Drift Rate for Nuclear Terms of the NV-Center Ground-State Hamiltonian. Physical Review B, American Physical Society, 102, 125133. https://doi.org/10.1103/PhysRevB.102.125133.

88 Sushkov, A.O., Chisholm, N., Lovchinsky, I., Kubo, M., Lo, P.K., Bennett, S.D., Hunger, D., Akimov, A., Walsworth, R.L., Park, H. and Lukin, M.D. (2014) All-Optical Sensing of a Single-Molecule Electron Spin. Nano Letters, American Chemical Society, 14, 6443-6448. https://doi.org/10.1021/nl502988n.

89 Rubinas, O.R., Soshenko, V. V., Bolshedvorskii, S. V., Cojocaru, I.S., Vorobyov, V. V., Sorokin, V.N., Vins, V.G., Yeliseev, A.P., Smolyaninov, A.N. and Akimov, A. V. (2022) Optimization of the Double Electron-Electron Resonance for C-Centers in Diamond. physica status solidi (RRL) - Rapid Research Letters, John Wiley & Sons, Ltd, 16, 2100561. https://doi.org/10.1002/PSSR.202100561.

90 Rubinas, O.R., Soshenko, V.V., Bolshedvorskii, S.V., Cojocaru, I.S., Zeleneev, A.I., Vorobyov, V.V., Sorokin, V.N., Vins, V.G., Smolyaninov, A.N. and Akimov, A.V. (2021) Optical Detection of an Ensemble of C Centres in Diamond and Their Coherent Control by an Ensemble of NV Centres. Quantum Electronics, IOP Publishing, 51, 938-946. https://doi.org/10.1070/QEL17624/XML.

91 Dobrinets, I.A., Vins, V.G. and Zaitsev, A.M. (2013) HPHT-Treated Diamonds. https://doi.org/10.1007/978-3-642-37490-6.

92 Wang, H., Yang, A. and Sui, C. (2013) Luminescent High Temperature Sensor Based on the CdSe/ZnS Quantum Dot Thin Film. Optoelectronics Letters, Springer Berlin Heidelberg, 9, 421-424. https://doi.org/10.1007/s11801-013-3151-y.

93 Okabe, K., Inada, N., Gota, C., Harada, Y., Funatsu, T. and Uchiyama, S. (2012) Intracellular Temperature Mapping with a Fluorescent Polymeric Thermometer and Fluorescence Lifetime Imaging Microscopy. Nature Communications, Nature Publishing Group, 3, 705. https://doi.org/10.1038/ncomms1714.

94 Wang, C., Xu, R., Tian, W., Jiang, X., Cui, Z., Wang, M., Sun, H., Fang, K. and Gu, N. (2011) Determining Intracellular Temperature at Single-Cell Level by a Novel Thermocouple Method. Cell Research, 21, 1517-1519. https://doi.org/10.1038/cr.2011. 117.

95 Kucsko, G., Maurer, P.C., Yao, N.Y., Kubo, M., Noh, H.J., Lo, P.K., Park, H. and Lukin, M.D. (2013) Nanometre-Scale Thermometry in a Living Cell. Nature,

Nature Publishing Group, a division of Macmillan Publishers Limited. All Rights Reserved., 500, 54-58. https://doi.org/10.1038/nature12373.

96 Fan, J.-W., Cojocaru, I., Becker, J., Alajlan, A., Blakley, S., Rezaee, M., Lyamkina, A., Palyanov, Y.N., Borzdov, Y.M., Yang, Y.-P., Zheltikov, A.M., Hemmer, P.R., Akimov, A. V, Fedotov, I. V, Alkahtani, M.H.A., Alajlan, A., Blakley, S., Rezaee, M., Lyamkina, A., Palyanov, Y.N., Borzdov, Y.M., Yang, Y.-P., Zheltikov, A.M., Hemmer, P.R. and Akimov, A. V. (2018) Germanium-Vacancy Color Center in Diamond as a Temperature Sensor. ACS Photonics, American Chemical Society, 5, 765-770. https: //doi.org/10.1021 /acsphotonics.7b01465.

97 Jahnke, K.D., Sipahigil, A., Binder, J.M., Doherty, M.W., Metsch, M., Rogers, L.J., Manson, N.B., Lukin, M.D. and Jelezko, F. (2015) Electron-Phonon Processes of the Silicon-Vacancy Centre in Diamond. New Journal of Physics, IOP Publishing, 17, 043011. https://doi.org/10.1088/1367-2630/17/4/043011.

98 Alkahtani, M., Cojocaru, I., Liu, X., Herzig, T., Meijer, J., Küpper, J., Lühmann, T., Akimov, A.V.A. V. and Hemmer, P.R.P.R. (2018) Tin-Vacancy in Diamonds for Luminescent Thermometry. Applied Physics Letters, 112, 241902. https://doi.org/10.1063/L5037053.

99 Nguyen, C.T., Evans, R.E., Sipahigil, A., Bhaskar, M.K., Sukachev, D.D., Agafonov, V.N., Davydov, V.A., Kulikova, L.F., Jelezko, F. and Lukin, M.D. (2018) All-Optical Nanoscale Thermometry with Silicon-Vacancy Centers in Diamond. Applied Physics Letters, AIP Publishing LLC, 112, 203102. https://doi.org/10.1063/L5029904.

100 Blakley, S., Liu, X., Fedotov, I., Cojocaru, I., Vincent, C., Alkahtani, M., Becker, J., Kieschnick, M., Lühman, T., Meijer, J., Hemmer, P., Akimov, A., Scully, M. and Zheltikov, A. (2019) Fiber-Optic Quantum Thermometry with Germanium-Vacancy Centers in Diamond. ACS Photonics, 6, 1690-1693. https: //doi.org/10.1021 /acsphotonics.9b00206.

101 Blakley, S.M., Vincent, C., Fedotov, I. V., Liu, X., Sower, K., Nodurft, D., Liu, J., Liu, X., Agafonov, V.N., Davydov, V.A., Akimov, A. V. and Zheltikov, A.M. (2020) Photonic-Crystal-Fiber Quantum Probes for High-Resolution Thermal Imaging. Physical Review Applied, American Physical Society, 13, 044048. https : //doi.org/10.1103/PhysRevApplied.13.044048.

102 Sovyk, D., Ralchenko, V., Komlenok, M., Khomich, A.A., Shershulin, V., Vorobyov, V., Vlasov, I., Konov, V. and Akimov, A. (2015) Fabrication of Diamond Microstub Photoemitters with Strong Photoluminescence of SiV Color Centers: Bottom-up Approach. Applied Physics A, Springer Berlin Heidelberg, 118, 17-21. https://doi.org/10.1007/s00339-014-8877-2.

103 Sovyk, D.N., Ralchenko, V.G., Tukmakov, K.N., Shershulin, V.A., Khomich, A.A., Vorobyov, V.V., Vlasov, I.I. and Akimov, A.V. (2016) Growth of CVD Diamond Nanopillars with Imbedded Silicon-Vacancy Color Centers. Optical Materials, 61, 25-29. https://doi.org/10.1016/j.optmat.2016.08.002.

104 Ralchenko, V.G., Sedov, V.S., Martyanov, A.K., Bolshakov, A.P., Boldyrev, K.N., Krivobok, V.S., Nikolaev, S.N., Bolshedvorskii, S. V., Rubinas, O.R., Akimov, A. V., Khomich, A.A., Bushuev, E. V., Khmelnitsky, R.A. and Konov, V.I. (2019) Monoisotopic Ensembles of Silicon-Vacancy Color Centers with Narrow-Line Luminescence in Homoepitaxial Diamond Layers Grown in H 2 -CH 4 - [ x ] SiH 4 Gas Mixtures ( x = 28, 29, 30). ACS Photonics, 6, 66-72. https : //doi.org/10.1021 /acsphotonics.8b01464.

105 Zeleneev, A.I., Bolshedvorskii, S.V., Soshenko, V.V., Rubinas, O.R., Garanina, A.S., Lyapin, S.G., Agafonov, V.N., Uzbekov, R.E., Kudryavtsev, O.S., Sorokin, V.N., Smolyaninov, A.N., Davydov, V.A. and Akimov, A.V. (2020) Nanodiamonds with SiV Colour Centres for Quantum Technologies. Quantum Electronics, IOP Publishing, 50, 299-304. https://doi.org/10.1070/QEL17189/XML.

106 Vorobyov, V.V., Soshenko, V.V., Bolshedvorskii, S.V., Sorokin, V.N., Smolyaninov, A.N. and Akimov, A.V. (2016) Coupling of Single NV Center to the Tapered Optical Fiber. Proceedings of SPIE - The International Society for Optical Engineering. https://doi.org/10.1117/12.2237844.