論文の概要: Digital noise spectroscopy with a quantum sensor
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2212.09216v1
- Date: Mon, 19 Dec 2022 02:19:35 GMT
- ステータス: 処理完了
- システム内更新日: 2023-01-09 07:42:40.340670
- Title: Digital noise spectroscopy with a quantum sensor
- Title（参考訳）: 量子センサを用いたディジタルノイズスペクトロスコピー
- Authors: Guoqing Wang, Yuan Zhu, Boning Li, Changhao Li, Lorenza Viola,
Alexandre Cooper, and Paola Cappellaro
- Abstract要約: 本稿では,ノイズプロセスの自己相関をサンプリングし,再構成するための量子センシングプロトコルを実験的に導入し,実証する。
ウォルシュノイズ分光法はスピンフリップパルスの単純な配列を利用してディジタルフィルタの完全基底を生成する。
ダイヤモンド中の単一窒素空孔中心の電子スピン上での核スピン浴により生じる有効磁場の自己相関関数を実験的に再構成した。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 57.53000001488777
- License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
- Abstract: We introduce and experimentally demonstrate a quantum sensing protocol to
sample and reconstruct the auto-correlation of a noise process using a
single-qubit sensor under digital control modulation. This Walsh noise
spectroscopy method exploits simple sequences of spin-flip pulses to generate a
complete basis of digital filters that directly sample the power spectrum of
the target noise in the sequency domain -- from which the auto-correlation
function in the time domain, as well as the power spectrum in the frequency
domain, can be reconstructed using linear transformations. Our method, which
can also be seen as an implementation of frame-based noise spectroscopy, solves
the fundamental difficulty in sampling continuous functions with digital
filters by introducing a transformation that relates the arithmetic and logical
time domains. In comparison to standard, frequency-based dynamical-decoupling
noise spectroscopy protocols, the accuracy of our method is only limited by the
sampling and discretization in the time space and can be easily improved, even
under limited evolution time due to decoherence and hardware limitations.
Finally, we experimentally reconstruct the auto-correlation function of the
effective magnetic field produced by the nuclear-spin bath on the electronic
spin of a single nitrogen-vacancy center in diamond, discuss practical
limitations of the method, and avenues for further improving the reconstruction
accuracy.
- Abstract（参考訳）: ディジタル制御変調下での単一量子ビットセンサを用いた雑音過程の自己相関をサンプリング・再構成するための量子センシングプロトコルを紹介・実証する。
このウォルシュノイズ分光法は、スピンフリップパルスの単純な配列を利用して、周波数領域における目標雑音のパワースペクトルを直接サンプリングするデジタルフィルタの完全な基底を生成する。
本手法はフレームに基づくノイズスペクトロスコピーの実装としても見受けられるが、算術領域と論理時間領域を関連付けた変換を導入することで、ディジタルフィルタによる連続関数のサンプリングの基本的な困難さを解消する。
周波数ベースのダイナミックデカップリングノイズ分光法と比較すると,本手法の精度は時間空間におけるサンプリングと離散化によってのみ制限され,デコヒーレンスやハードウェアの制約により,進化時間に制限された場合でも容易に改善できる。
最後に,ダイヤモンド中の単一窒素空洞中心の電子スピン上での核スピン浴で発生する有効磁場の自己相関関数を実験的に再構成し,本手法の実用的限界について検討し,再現精度を向上させるための道筋について述べる。
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