論文の概要: Optimal control of a nitrogen-vacancy spin ensemble in diamond for
sensing in the pulsed domain
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2101.10049v1
- Date: Mon, 25 Jan 2021 13:01:05 GMT
- ステータス: 処理完了
- システム内更新日: 2023-04-14 00:39:35.686248
- Title: Optimal control of a nitrogen-vacancy spin ensemble in diamond for
sensing in the pulsed domain
- Title（参考訳）: ダイヤモンド中の窒素空孔スピンアンサンブルのパルス領域における検出のための最適制御
- Authors: Andreas F.L. Poulsen, Joshua D. Clement, James L. Webb, Rasmus H.
Jensen, Kirstine Berg-S{\o}rensen, Alexander Huck, Ulrik Lund Andersen
- Abstract要約: 固体材料の欠陥は、量子センシングに理想的なプラットフォームを提供する。
このようなアンサンブルの制御は、欠陥エネルギーレベルとマクロサンプル間の任意の制御領域の両方の空間的変動のために困難である。
Floquet理論と最適制御最適化法を用いて,これらの課題を克服できることを実験的に実証した。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 52.77024349608834
- License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
- Abstract: Defects in solid state materials provide an ideal, robust platform for
quantum sensing. To deliver maximum sensitivity, a large ensemble of
non-interacting defects hosting coherent quantum states are required. Control
of such an ensemble is challenging due to the spatial variation in both the
defect energy levels and in any control field across a macroscopic sample. In
this work we experimentally demonstrate that we can overcome these challenges
using Floquet theory and optimal control optimization methods to efficiently
and coherently control a large defect ensemble, suitable for sensing. We apply
our methods experimentally to a spin ensemble of up to 4 $\times$ 10$^9$
nitrogen vacancy (NV) centers in diamond. By considering the physics of the
system and explicitly including the hyperfine interaction in the optimization,
we design shaped microwave control pulses that can outperform conventional
($\pi$-) pulses when applied to sensing of temperature or magnetic field, with
a potential sensitivity improvement between 11 and 78\%. Through dynamical
modelling of the behaviour of the ensemble, we shed light on the physical
behaviour of the ensemble system and propose new routes for further
improvement.
- Abstract（参考訳）: 固体材料の欠陥は、量子センシングの理想的なロバストなプラットフォームを提供する。
最大感度を得るためには、コヒーレント量子状態を持つ非相互作用欠陥の大規模なアンサンブルが必要となる。
このようなアンサンブルの制御は、欠陥エネルギーレベルとマクロサンプル間の任意の制御領域の両方の空間的変動のために困難である。
本研究では,Floquet理論と最適制御最適化法を用いて,センサに適した大規模な欠陥アンサンブルを効率よく協調制御できることを示す。
提案手法をダイヤモンド中の窒素空孔(NV)中心の最大4$\times$10$^9$のスピンアンサンブルに実験的に適用する。
システムの物理を考慮し、最適化における超微細な相互作用を明示的に含むことにより、温度や磁場の感知に応用された場合、従来の(\pi$-)パルスよりも優れる形状のマイクロ波制御パルスを、11〜78\%の感度向上で設計する。
アンサンブルの動作を動的にモデル化することで,アンサンブルシステムの物理的挙動に光を当て,さらなる改善のための新しい経路を提案する。
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