量子計算和量子精密測量選哪個好一點?

快分流了，在這兩個方向之間猶豫(都是基於NV色心的)，希望大家給點建議，或者客觀的解釋一下這兩個方向的現狀、前景，要學哪些東西，好不好發paper之類的。。。

很巧的是，我的研究方向包括了量子計算和量子精密測量，而且實驗系統正是NV色心。正好在飛機上無聊，來說一下自己的意見，僅供參考。

你說的量子精密測量我猜你具體想指的是量子感測(quantum sensing)? 當然用NV作為on table的平台去測磁矩測精細常數或者一些dark matter的coupling model也是有的，但大部分還是用量子感測更好些。另外我假設你應該對NV有了些了解，我就直奔主題了。

首先量子計算方面，NV的優勢一個是室溫長相干時間，低溫下表現更好，像Hanson他們4K下T1可以到小時的量級，更別說周圍的核自旋了。劣勢也有很多，比如NV有charge state的問題，比如難以集成化，而且不像超導離子阱一樣可以很好的調控耦合，NV-NV以及NV-nuclear的dipolar coupling是always on的。dipolar coupling對相互之間的距離要求就很高，而且control往往受限於hyperfine相互作用。要精確的在鑽石的某一個地方製造一個NV是很難的，march meeting時候有聽到報告說現在可以在幾nm的精度內製造NV。一些小的演算法在NV上已經有很多demonstration了，但真正像超導離子阱那樣做一個幾十個qubit的系統還是難度很大。state-of-art的話像今年Taminau他們利用NV和周圍核自旋我記得做出了10個qubit的register。總之在量子計算方面的很多人也包括我目前對NV系統並不持樂觀態度。

其次量子感測以及精密測量，這也是我主要在做的方向。NV作為單個spin因為本身scale比較小，可以有很好的空間解析度，並且在室溫和低溫下都可以去測量local的信號比如磁場溫度電場等等，這一點還是很重要的。另外一些微波操控可以進一步延長NV的相干時間，可以有很高的靈敏度，還可以用集群的NV去測信號又會有一個1/sqrt{N}的增益。一個是可以用NV測一些材料或者凝聚態裡面比比較有意思的東西，像最近NV實現在science上三連測加壓下材料的磁信號比如邁斯納效應等等。這方面近幾年有很多有意思的工作出來，相當於給凝聚態提供了另一個可能的實驗方法吧。還有一個是用NV測一些生物/化學方面的東西，比如我們隔壁哈佛他們在測神經元的電信號，還有把NV放到蟲子里測local的溫度等等。再比如把NV和其他材料結合，即結合傳統精密測量與量子系統，讓NV測到一些NV本來不能直接測的信號，比如蛋白質酶等等，我個人覺得還是蠻有趣的。

關於這個領域要學哪些東西，NV的東西讀幾天paper你就懂了，量子計算的話刷Nilsen/Chuang刷paper入門也不難，不過要做出一些好的demonstration實驗或者設計出一個牛逼的量子演算法還是很有難度的。量子感測可能會要求你對生化材方面都要學一些東西，取決於你具體要做的實驗，我前段時間就在刷有機化學的東西(我太難了)，綜述可以看RMP我老闆寫的那個，入門都是不難的。至於好不好發paper，這個變數就太多了我給不出回答。

想了想還是想說些個人看法。

先上結論：基於金剛石色心的量子感測比量子計算要好一些。

正如高贊同學說的金剛石的qubit很難集成，nv之間的耦合困難，這是微加工技術的壁壘。之前主流做法是用nv和周圍的c13耦合或者做量子中繼。這也是半導體qubit的通病了，金剛石量子計算最大的賣點還是室溫大氣可以實現很長的T2。除了nv還有好多其他種類色心，比如siv和SiC材料中的各種發光色心，但是這些色心counts都不高，也需要低溫支撐。

量子感測稍微好一點，早期就是把傳統nmr的測量原理套在單個電子或小原子核團簇上，而且有量子計算中比較成熟的相干性保護和存儲技術的加持。目前state of art的測量結果可以實現外部分子30nm尺度的化學位移測量（J.Wrachtrup science 2017）,內部單個c13核的弱測量（C.L.Degen nature 2019）和內部27個c13核的空間重構（T.Taminiau nature 2019）。

這種量子感測的瓶頸在於近表面色心的相干性和電荷穩定性decay的很厲害，影響測量精度，此外目前大家對金剛石的表面了解的太少（金剛石晶體本身是化學惰性的但是表面不一定。）。如果真的要真正推廣開或者擴大測量的適用體系個人感覺需要對金剛石表面做更清楚的研究和更精準的生長控制。

當然量子感測的適用範圍個人覺得已經大於高贊答主提到的那篇RMP了。不是所有的nv都有足夠好的相干性去玩兒花哨的操縱，也不是所有的測量都需要利用基於相干性的靈敏度。那三篇高壓的science就是最好的例子。nv的優勢除了有金剛石這個惰性且堅固的外殼保護，主要因為它本身是寄宿於固體晶格的點缺陷，且測量方式可以由Hamilton量很好的描述。所以這種測量是微觀且定量的。

還有一個方向是afm與nv的結合，不過可惜的是，目前的nv-afm是沒有什麼表面形貌分辨的，磁的空間分辨也比不上mfm和sp-stm這一點對於掃描探針領域來說是硬傷。

量子感測其實已經不算很新的東西了，只是國內在這個領域上最近開始有更多的人想加入(比較專業的有中科大杜江峰老師，港中文劉仁保和楊森老師)。現在quantum sensing發好文章的頻率已經不如前幾年了，而且本質上只是一直在微觀尺度demonstration一些已知的東西(不過能在微觀展示出一些宏觀測量結果就很好了，畢竟要恰飯的嘛)。但前景還是很好的，畢竟它給出了很不一樣的測量方式，也提高了微觀上原位化學分辨的可能性。

至於文章，肯定是不好發的（當然如果去了lukin，hanson，wrachtrup這樣的大牛組也不一定）。讀博士重要的是開心，沒有興趣的話還是換個別的方向，做點兒啥不行非要做色心呢哈哈哈。

都已經讀到博士生了，你自己就是最大的內行，這種東西還要問外行？要我這個外行說起來，NV CENTER這種東西本身就比較狹窄（相對來說），又不好做電路器件又不好做SCALE UP QUBIT，這方向裡面真的能分那麼細嗎？或者說，在一個HYBRID致死是唯一出路的方向（以我這個外行看來），分了之後難道你不是永遠在SUPERPOSITION上呆著？真的能經典地坍縮到一個「只做量子計算完全不會做精密測量」的分支上去？

主要看個人興趣吧，建議多看看相關綜述文獻。

兩個方向其實差別不太大，所用到的物理理論都較為相似。不過根據我聽的報告來看，國內似乎有相當一部分人不認可量子計算，我個人持保留態度，畢竟我也不太了解。精密測量也是目前較為熱門的方向，近幾年來發展迅速，據說可能是量子理論走向實際最可行的方向？

量子計算主要是利用量子態進行計算，而量子態對外界干擾是十分敏感的，因此如何更好的控制量子態則是量子計算中的一個重要問題。而精密測量則恰恰相反，它利用的是量子態對外界的敏感，讀出外界微小的變化，從而測量所需的物理量。兩個方向都需要解決的問題就是如何降低外界噪音的影響。因此，某種程度上，兩個方向的發展實際上是相輔相成的。

量子計算應該不是很好發文章，量子精密測量做的人一大推。自己選吧。沒有一條路事easy的，厲害的人覺得都是相通的。

個人覺得量子計算還不算成熟，而精密測量可能成熟些，也許可以根據你自身的性格興趣能力來選吧。不成熟意謂著機會更多，但挑戰也更大。你去找工作的網站看各需要怎樣的性格能力。再跟多些老師同學商量作決定。具體學什麼可以看wikipedia。

經過別人的提示加上我的百度，發現我錯了。

題主只是本科，而且該領域不窄。尷尬，我自己落伍了。

………………以下是充滿偏見的原回答，不刪了，給自己留個教訓。………………………………

你確認不是來炫耀自己的專業性的嗎？

我完全不懂你說的是什麼，你覺得知乎上會有第二個人比你懂嗎？

聽上去這麼狹窄的領域，全世界的研究人員，到博士以上的，而且會中文上知乎還能看到這個問題的，能再有一個嗎？就算有，估計就是你周邊的人，你早問過他們的意見了吧。

要不你寫點對普通人有用的科普發在這個回答之下也讓我們學習學習吧。