論文の概要: Probing many-body dynamics in a two dimensional dipolar spin ensemble
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2103.12742v3
- Date: Sat, 12 Nov 2022 19:32:35 GMT
- ステータス: 処理完了
- システム内更新日: 2023-04-07 02:07:43.031082
- Title: Probing many-body dynamics in a two dimensional dipolar spin ensemble
- Title（参考訳）: 2次元双極子スピンアンサンブルにおける多体ダイナミクスの探索
- Authors: Emily J. Davis, Bingtian Ye, Francisco Machado, Simon A. Meynell,
Weijie Wu, Thomas Mittiga, William Schenken, Maxime Joos, Bryce Kobrin,
Yuanqi Lyu, Zilin Wang, Dolev Bluvstein, Soonwon Choi, Chong Zu, Ania C.
Bleszynski Jayich, and Norman Y. Yao
- Abstract要約: 強磁性ダイポールの静的特性と動的特性を実験的に評価した。
我々は,NVのデコヒーレンスプロファイルの関数形式に,多体系の次元,力学,障害のシグネチャが自然にコードされていることを実証した。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.898251564045865
- License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
- Abstract: The most direct approach for characterizing the quantum dynamics of a
strongly-interacting system is to measure the time-evolution of its full
many-body state. Despite the conceptual simplicity of this approach, it quickly
becomes intractable as the system size grows. An alternate framework is to
think of the many-body dynamics as generating noise, which can be measured by
the decoherence of a probe qubit. Our work centers on the following question:
What can the decoherence dynamics of such a probe tell us about the many-body
system? In particular, we utilize optically addressable probe spins to
experimentally characterize both static and dynamical properties of
strongly-interacting magnetic dipoles. Our experimental platform consists of
two types of spin defects in diamond: nitrogen-vacancy (NV) color centers
(probe spins) and substitutional nitrogen impurities (many-body system). We
demonstrate that signatures of the many-body system's dimensionality, dynamics,
and disorder are naturally encoded in the functional form of the NV's
decoherence profile. Leveraging these insights, we directly characterize the
two-dimensional nature of a nitrogen delta-doped diamond sample. In addition,
we explore two distinct facets of the many-body dynamics: First, we address a
persistent debate about the microscopic nature of spin dynamics in
strongly-interacting dipolar systems. Second, we demonstrate direct control
over the correlation time of the many-body system. Finally, we demonstrate
polarization exchange between NV and P1 centers, opening the door to quantum
sensing and simulation using two-dimensional spin-polarized ensembles.
- Abstract（参考訳）: 強相互作用系の量子力学を特徴づけるための最も直接的なアプローチは、その全多体状態の時間変化を測定することである。
このアプローチの概念的な単純さにもかかわらず、システムのサイズが大きくなるとすぐに難解になる。
代替の枠組みは、多体の力学を、プローブキュービットのデコヒーレンスによって測定できるノイズを生成するものとして考えることである。
そのようなプローブのデコヒーレンスダイナミクスは、多体システムについて何を教えてくれるのか?
特に、光アドレス可能なプローブスピンを用いて、強い相互作用を持つ磁気双極子の静的および動的特性を実験的に特徴づける。
実験プラットフォームは, ダイヤモンド中の窒素空孔 (nv) 色中心 (probe spin) と置換窒素不純物 (many-body system) の2種類のスピン欠陥からなる。
我々は,NVのデコヒーレンスプロファイルの関数形式に,多体系の次元,力学,障害のシグネチャが自然にコードされていることを示した。
これらの知見を生かして、窒素デルタドープダイヤモンド試料の2次元特性を直接特徴づける。
第一に、強く相互作用する双極子系におけるスピンダイナミクスの微視的性質に関する永続的な議論に対処する。
次に,多体系の相関時間に対する直接制御を示す。
最後に、NVとP1中心間の偏光交換を実証し、2次元スピン偏光アンサンブルを用いた量子センシングとシミュレーションの扉を開く。
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