論文の概要: Nanoscale covariance magnetometry with diamond quantum sensors
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2209.08703v1
- Date: Mon, 19 Sep 2022 01:46:19 GMT
- ステータス: 処理完了
- システム内更新日: 2023-01-26 02:28:17.795934
- Title: Nanoscale covariance magnetometry with diamond quantum sensors
- Title（参考訳）: ダイヤモンド量子センサを用いたナノスケール共分散磁気測定
- Authors: Jared Rovny, Zhiyang Yuan, Mattias Fitzpatrick, Ahmed I. Abdalla,
Laura Futamura, Carter Fox, Matthew Carl Cambria, Shimon Kolkowitz, and
Nathalie P. de Leon
- Abstract要約: ダイヤモンド中の窒素空孔(NV)中心は、長いスピンコヒーレンス時間を持つ原子スケール欠陥である。
多くの単一NV中心実験を平均すると、両方の技術は情報を捨てる。
ここでは、2つ以上のNV中心を同時に測定する新しいセンシングモードを提案し,実装する。
- 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: Nitrogen vacancy (NV) centers in diamond are atom-scale defects with long
spin coherence times that can be used to sense magnetic fields with high
sensitivity and spatial resolution. Typically, the magnetic field projection at
a single point is measured by averaging many sequential measurements with a
single NV center, or the magnetic field distribution is reconstructed by taking
a spatial average over an ensemble of many NV centers. In averaging over many
single-NV center experiments, both techniques discard information. Here we
propose and implement a new sensing modality, whereby two or more NV centers
are measured simultaneously, and we extract temporal and spatial correlations
in their signals that would otherwise be inaccessible. We analytically derive
the measurable two-point correlator in the presence of environmental noise,
quantum projection noise, and readout noise. We show that optimizing the
readout noise is critical for measuring correlations, and we experimentally
demonstrate measurements of correlated applied noise using spin-to-charge
readout of two NV centers. We also implement a spectral reconstruction protocol
for disentangling local and nonlocal noise sources, and demonstrate that
independent control of two NV centers can be used to measure the temporal
structure of correlations. Our covariance magnetometry scheme has numerous
applications in studying spatiotemporal structure factors and dynamics, and
opens a new frontier in nanoscale sensing.
- Abstract（参考訳）: ダイヤモンド中の窒素空孔(NV)中心は長いスピンコヒーレンス時間を持つ原子スケールの欠陥であり、高感度で空間分解能の磁場を感知することができる。
典型的には、1つの点における磁場の投影は、1つのnv中心で多くのシーケンシャルな測定を平均して測定するか、または複数のnv中心のアンサンブル上の空間平均値を取ることによって磁場分布を再構成する。
多くの単一NV中心実験において、両方の技術は情報を捨てる。
本稿では,2つ以上のNV中心を同時に測定し,それ以外はアクセスできない信号の時間的・空間的相関を抽出する新しいセンシングモードを提案し,実装する。
環境騒音, 量子投影音, 読み出し音の存在下で測定可能な2点相関器を解析的に導出する。
また,2つのnv中心のスピン対電荷読み出しを用いた相関応用ノイズの測定を実験的に実証した。
また,局所的および非局所的ノイズ源を分離するためのスペクトル再構成プロトコルを実装し,二つのnv中心の独立制御を用いて相関の時間的構造を計測できることを実証する。
共分散磁気測定手法は時空間構造因子とダイナミクスの研究に多くの応用があり、ナノスケールセンシングにおける新たなフロンティアを開く。
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