論文の概要: Quantum Logic Enhanced Sensing in Solid-State Spin Ensembles

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2203.12501v1
• Date: Wed, 23 Mar 2022 15:54:53 GMT
• ステータス: 処理完了
• システム内更新日: 2023-02-21 02:41:52.118718
• Title: Quantum Logic Enhanced Sensing in Solid-State Spin Ensembles
• Title（参考訳）: 固体スピンアンサンブルにおける量子論理強化センシング
• Authors: Nithya Arunkumar, Kevin S. Olsson, Jner Tzern Oon, Connor Hart, Dominik B. Bucher, David Glenn, Mikhail D. Lukin, Hongkun Park, Donhee Ham, and Ronald L. Walsworth
• Abstract要約: 固体ハイブリッド2量子ビットセンサのマクロアンサンブルに対する量子論理の高感度化を実証する。 その結果,信号対雑音比は30倍に向上し,感度向上度は桁違いに向上した。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
• License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
• Abstract: We demonstrate quantum logic enhanced sensitivity for a macroscopic ensemble of solid-state, hybrid two-qubit sensors. We achieve a factor of 30 improvement in signal-to-noise ratio, translating to a sensitivity enhancement exceeding an order of magnitude. Using the electronic spins of nitrogen vacancy (NV) centers in diamond as sensors, we leverage the on-site nitrogen nuclear spins of the NV centers as memory qubits, in combination with homogeneous bias and control fields, ensuring that all of the ${\sim}10^9$ two-qubit sensors are sufficiently identical to permit global control of the NV ensemble spin states. We find quantum logic sensitivity enhancement for multiple measurement protocols with varying optimal sensing intervals, including XY8 dynamical decoupling and correlation spectroscopy, using a synthetic AC magnetic field. The results are independent of the nature of the target signal and broadly applicable to metrology using NV centers and other solid-state ensembles. This work provides a benchmark for macroscopic ensembles of quantum sensors that employ quantum logic or quantum error correction algorithms for enhanced sensitivity.
• Abstract（参考訳）: 固体ハイブリッド2量子ビットセンサのマクロアンサンブルに対する量子論理の高感度化を実証する。 その結果,信号対雑音比は30倍に向上し,感度向上度は桁違いに向上した。 ダイヤモンド中の窒素空孔(NV)中心の電子スピンをセンサとして、NV中心のオンサイト窒素核スピンをメモリ量子ビットとして利用し、均一なバイアスや制御フィールドと組み合わせることで、${\sim}10^9$2量子ビットセンサがすべて同じであり、NVアンサンブルスピン状態のグローバル制御を可能にする。 合成交流磁場を用いたXY8ダイナミックデカップリングや相関スペクトルを含む,様々な最適知覚間隔を持つ複数の測定プロトコルに対する量子論理感度の増大を求める。 結果はターゲット信号の性質とは独立であり、NV中心やその他の固体アンサンブルを用いた気象学に広く適用できる。 この研究は、量子論理や量子誤り訂正アルゴリズムを用いて感度を高める量子センサーのマクロアンサンブルのベンチマークを提供する。

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