論文の概要: Robust Magnetometry with Single NV Centers via Two-step Optimization
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2111.12684v3
- Date: Tue, 19 Jul 2022 11:10:14 GMT
- ステータス: 処理完了
- システム内更新日: 2023-03-06 23:47:11.528475
- Title: Robust Magnetometry with Single NV Centers via Two-step Optimization
- Title（参考訳）: 2段階最適化による単一nv中心のロバスト磁気計測
- Authors: Nimba Oshnik, Phila Rembold, Tommaso Calarco, Simone Montangero, Elke
Neu, and Matthias M. M\"uller
- Abstract要約: 浅層窒素空洞(NV)センターは高精度センシング応用の候補候補として期待されている。
ダイヤモンド表面上の結合と不純物は複雑な環境となり、感度が低下する。
環境の有害な影響を避けるために,フィードバックに基づく最適制御を適用した。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
- License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
- Abstract: Shallow Nitrogen-Vacancy (NV) centers are promising candidates for
high-precision sensing applications; these defects, when positioned a few
nanometers below the surface, provide an atomic-scale resolution along with
substantial sensitivity. However, the dangling bonds and impurities on the
diamond surface result in a complex environment which reduces the sensitivity
and is unique to each shallow NV center. To avoid the environment's detrimental
effect, we apply feedback-based quantum optimal control. We first show how a
direct search can improve the initialization/readout process. In a second step,
we optimize microwave pulses for pulsed Optically Detected Magnetic Resonance
(ODMR) and Ramsey measurements. Throughout the sensitivity optimizations, we
focus on robustness against errors in the control field amplitude. This feature
not only protects the protocols' sensitivity from drifts but also enlarges the
sensing volume. The resulting ODMR measurements produce sensitivities below
1$\mu$T\,Hz$^{-\frac{1}{2}}$ for an 83\% decrease in control power, increasing
the robustness by approximately one third. The optimized Ramsey measurements
produce sensitivities below 100\,nT\,Hz$^{-\frac{1}{2}}$ giving a two-fold
sensitivity improvement. Being on par with typical sensitivities obtained via
single NV magnetometry, the complementing robustness of the presented
optimization strategy may provide an advantage for other NV-based applications.
- Abstract（参考訳）: 浅層窒素空隙(nv)中心は高精度センシング応用の候補として有望であり、これらの欠陥が表面数ナノメートル下に位置する場合、原子規模の分解能とかなりの感度を与える。
しかし、ダイヤモンド表面上の結合と不純物は、感度を低下させ、それぞれの浅いNV中心に固有の複雑な環境をもたらす。
環境の有害な影響を避けるため、フィードバックに基づく量子最適制御を適用する。
まず、直接検索が初期化/読み出しプロセスを改善する方法を示す。
第2段階では、パルス光検出磁気共鳴(odmr)とラムジー測定のためにマイクロ波パルスを最適化する。
感度最適化を通して、制御場振幅の誤差に対する堅牢性に着目した。
この機能はプロトコルの感度をドリフトから保護するだけでなく、センシングボリュームを拡大する。
ODMR測定の結果は、コントロールパワーの83倍の低下に対して、1$\mu$T\,Hz$^{-\frac{1}{2}}$以下の感度を発生させ、ロバスト性を約3分の1向上させる。
最適化されたラムゼーの測定により、感度は100\,nt\,hz$^{-\frac{1}{2}}$以下となり、2倍の感度が向上する。
単一のNV磁気測定によって得られる典型的な感度と同等であり、提案した最適化戦略の相補的な堅牢性は、他のNVベースのアプリケーションに有利である。
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