Quantum-Werkstatt – offene NV-Diamant-Linie in fünf Stufen

Schüller, Thomas

Quantum-Werkstatt – offene NV-Diamant-Linie in fünf Stufen

Quantum workshop – open NV diamond line in five stages

Kooperation von Syntagma Forschung, Signal-Werk, Schicht-Werk und doyourself: eine Treppe vom Lehr-Kit über das offene Forschungs-Kit bis zum Forschungsziel DIY-Quantencomputer, jede Stufe finanziert die nächste. Erstes fertiges Stück ist das Simulationswerkzeug RESONANZWERK; ein Prototyp und ein gemessenes Signal stehen noch aus.

Cooperation of Syntagma Forschung, Signal-Werk, Schicht-Werk and doyourself: a ladder from teaching kit via open research kit to the research goal of a DIY quantum computer, each stage financing the next. The first finished piece is the simulation tool RESONANZWERK; a prototype and a measured signal are still pending.

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KennungIdentifier: KOOP-PROV0004KOOP-PROV0004
StandStatus: Arbeitsfassungworking draft
FeldField: Technik, Messung, FertigungEngineering, measurement, fabrication
ThemaTopic: Physik, Komplexität und ModellePhysics, complexity and models
WerkreiheSeries: Technik und FertigungEngineering and fabrication
ErschienenPublished: 14.10.2026
AutorAuthor: Thomas Schüller ORCID
LizenzLicence: CC BY-SA 4.0
DOI: noch nicht eingetragennot yet recorded · Zenodo-Einträge der PersonZenodo records of the author

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Schüller, T. (2026). Quantum-Werkstatt – offene NV-Diamant-Linie in fünf Stufen (KOOP-PROV0004). Syntagma Forschung, Wien. https://syntagma-science.com/werke/quantum-werkstatt/

Schüller, T. (2026). Quantum workshop – open NV diamond line in five stages (KOOP-PROV0004). Syntagma Forschung, Vienna. https://syntagma-science.com/werke/quantum-werkstatt/

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Das Werk in der Syntagma-Syntax 1.0: 2 Frage · 2 Gegenstand · 6 Begriff · 1 Annahme · 2 Methode · 2 Messgröße · 7 Satz · 4 Quelle · 2 Hypothese · 2 Prüfung · 3 Grenze · 2 Offen. Stufen G0–G5 geben die Beleglage an, T1–T6 die Art der Quelle.

The work in Syntagma Syntax 1.0. Levels G0–G5 give the state of evidence, T1–T6 the kind of source.

Wie lässt sich eine offene NV-Diamant-Linie vom Lehraufbau bis zum Forschungsaufbau so aufbauen, dass jede Stufe die nächste trägt?How can an open NV diamond line be built from a teaching set-up to a research set-up so that each stage carries the next?
Welche Feldstärke, welcher Feldwinkel und welche Linienbreite sind nötig, um im ODMR-Spektrum eines NV-Ensembles acht getrennte Linien zu sehen?Which field strength, field angle and line width are needed to see eight separate lines in the ODMR spectrum of an NV ensemble?

Alle Glieder anzeigenShow all elements

GliedElement	StufeLevel	AussageStatement
F1 FrageQuestion		Wie lässt sich eine offene NV-Diamant-Linie vom Lehraufbau bis zum Forschungsaufbau so aufbauen, dass jede Stufe die nächste trägt?How can an open NV diamond line be built from a teaching set-up to a research set-up so that each stage carries the next?
F2 FrageQuestion		Welche Feldstärke, welcher Feldwinkel und welche Linienbreite sind nötig, um im ODMR-Spektrum eines NV-Ensembles acht getrennte Linien zu sehen?Which field strength, field angle and line width are needed to see eight separate lines in the ODMR spectrum of an NV ensemble?
G1 GegenstandObject		NV-Ensemble in einkristallinem Diamant mit vier ⟨111⟩-OrientierungenNV ensemble in single-crystal diamond with four ⟨111⟩ orientations
G2 GegenstandObject		Werkstatt-Treppe in fünf Stufen vom Lehr-Kit bis zum Forschungsziel DIY-QuantencomputerWorkshop ladder in five stages from teaching kit to the research goal of a DIY quantum computer
B1 BegriffTerm		ODMR := optisch detektierte Magnetresonanz; Fluoreszenzeinbruch, wenn eine Mikrowelle einen Spin-Übergang trifftODMR := optically detected magnetic resonance; drop in fluorescence when a microwave hits a spin transition
B2 BegriffTerm		NV-Zentrum := Stickstoff-Fehlstellen-Defekt im Diamantgitter mit Spin-1-GrundzustandNV centre := nitrogen-vacancy defect in the diamond lattice with a spin-1 ground state
B3 BegriffTerm		Nullfeldaufspaltung D := Energieabstand der Zustände ms = ±1 und 0 ohne Magnetfeld, rund 2870 MHz, temperaturabhängigZero-field splitting D := energy gap between ms = ±1 and 0 without a magnetic field, about 2870 MHz, temperature dependent
B4 BegriffTerm		Verspannung E := transversale Nullfeldaufspaltung, die die Entartung der Zustände ±1 aufhebtStrain E := transverse zero-field splitting that lifts the degeneracy of the ±1 states
B5 BegriffTerm		Magischer Winkel := 54,74° zur [001]-Achse; Feld entlang [111], drei Orientierungen werden gleichwertigMagic angle := 54.74° to the [001] axis; field along [111], three orientations become equivalent
B6 BegriffTerm		Werkstatt-Treppe := Stufenfolge, in der jede verkaufte Stufe die Entwicklung der nächsten finanziertWorkshop ladder := sequence of stages in which each sold stage finances the development of the next
A1 AnnahmeAssumption		Modell für einkristallines Material mit gleich besetzten Orientierungen; Pulver- und Texturfälle sind ausgeschlossenModel for single-crystal material with equally populated orientations; powder and textured cases are excluded
M1 MethodeMethod		Grundzustands-Hamiltonian je Orientierung, Diagonalisierung mit dem Jacobi-Verfahren, Spektrum als Summe von Lorentzprofilen mit gaußschem RauschenGround-state Hamiltonian per orientation, diagonalisation by the Jacobi method, spectrum as a sum of Lorentz profiles with Gaussian noise
M2 MethodeMethod		Verifikation gegen eine NumPy-Referenzrechnung und analytische Fälle, 38 Prüfpunkte je EditionVerification against a NumPy reference calculation and analytic cases, 38 check points per edition
X1 MessgrößeMeasure		ÜbergangsfrequenzTransition frequency
X2 MessgrößeMeasure		Magnetfeldstärke am DiamantenMagnetic field at the diamond
S1 SatzStatement	G5	Die Nullfeldaufspaltung des NV-Grundzustands liegt bei rund 2870 MHz und sinkt mit etwa 74 kHz je KelvinThe zero-field splitting of the NV ground state is about 2870 MHz and decreases by about 74 kHz per kelvin
S2 SatzStatement	G3	Bei Feld entlang [111] zeigt das Spektrum zwei äußere Linien und eine dreifach entartete Gruppe innenWith the field along [111] the spectrum shows two outer lines and a threefold degenerate inner group
S3 SatzStatement	G3	Bei 5,9 mT und generischer Feldrichtung (θ = 30°, φ = 26°) trennen sich acht Linien mit mindestens 36,4 MHz AbstandAt 5.9 mT and a generic field direction (θ = 30°, φ = 26°) eight lines separate with at least 36.4 MHz spacing
S4 SatzStatement	G3	Im Erdfeld (rund 50 µT) wird ohne Bias-Magnet nichts aufgelöstIn the Earth's field (about 50 µT) nothing is resolved without a bias magnet
S5 SatzStatement	G2	Ein Stufe-1-Kit mit Nanodiamant-Suspension zeigt kein Acht-Linien-Spektrum, sondern einen breiten DoppeleinbruchA stage-1 kit with nanodiamond suspension does not show an eight-line spectrum but a broad double dip
S6 SatzStatement	G3	Für ein Ein-Datei-Werkzeug im Browser ohne Installation, das die vier Orientierungen zeigt, fand der Bestandscheck keine offene LösungThe survey of open solutions found no single-file browser tool without installation that shows the four orientations
S7 SatzStatement	U	Ein funktionsfähiger DIY-Quantencomputer auf NV-Basis ist mit den Stufen 1–4 erreichbarA working NV-based DIY quantum computer can be reached through stages 1–4
Q1 QuelleSource	T2	Fachliteratur zur NV-Spinphysik, wie im Begleitpapier zitiertLiterature on NV spin physics as cited in the companion paper
Q2 QuelleSource	T5	Prüfprotokoll v0.3: Referenzrechnung NumPy linalg.eigh gegen die ausgelieferte DateiTest log v0.3: NumPy linalg.eigh reference against the delivered file
Q3 QuelleSource	T5	Bestandscheck offener Lösungen (QuTiP, five-level-odmr, EasySpin, CUDA-Q)Survey of open solutions (QuTiP, five-level-odmr, EasySpin, CUDA-Q)
Q4 QuelleSource	T6	Zielsetzung des Vorhabens, ohne Prototyp und ohne gemessenes SignalProject goal, without prototype and without measured signal
H1 HypotheseHypothesis	G1	Ein orientierter Einkristall mit Bias-Magnet zeigt im ersten Schicht-Werk-Aufbau acht getrennte ODMR-Linien an den vom Werkzeug berechneten FrequenzenAn oriented single crystal with bias magnet shows eight separate ODMR lines in the first Schicht-Werk set-up at the frequencies calculated by the tool
H2 HypotheseHypothesis	G1	Die unteren Stufen der Treppe tragen sich selbst und finanzieren die Entwicklung der oberenThe lower stages of the ladder pay for themselves and finance the development of the upper ones
P1 PrüfungTest		Fällt, wenn die gemessenen Linienlagen nach Kalibrierung des Feldes um mehr als die Linienbreite von der Rechnung abweichenFails if the measured line positions deviate from the calculation by more than the line width after field calibration
P2 PrüfungTest		Fällt, wenn der Erlös der Stufen 1 und 2 die Beschaffung für Stufe 3 nicht decktFails if the revenue of stages 1 and 2 does not cover the procurement for stage 3
L1 GrenzeLimit		Simulation, keine Messung; ohne Abgleich mit realen Daten sind die Ergebnisse keine MesswerteSimulation, not measurement; without comparison with real data the results are not measured values
L2 GrenzeLimit		Nicht enthalten: Hyperfeinstruktur, Leistungsverbreiterung, Ladungszustandsdynamik, Pulssequenzen und ZeitdynamikNot included: hyperfine structure, power broadening, charge-state dynamics, pulse sequences and time dynamics
L3 GrenzeLimit		Keine militärische Nutzung; Stücklisten, Bezugsquellen und Fertigungsschritte sind nicht veröffentlichtNo military use; bills of materials, suppliers and fabrication steps are not published
O1 OffenOpen		Beschaffung von NV-Diamantmaterial und erstes gemessenes SpektrumProcurement of NV diamond material and the first measured spectrum
O2 OffenOpen		Erweiterung um ¹⁴N-Hyperfeintriplett, Pulver-Mittelung und Überlagerung einer Messkurve (v0.4)Extension by the ¹⁴N hyperfine triplet, powder averaging and overlay of a measured curve (v0.4)

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