論文の概要: Fast wide-field quantum sensor based on solid-state spins integrated with a SPAD array

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2302.12743v1
• Date: Fri, 24 Feb 2023 16:53:34 GMT
• ステータス: 処理完了
• システム内更新日: 2023-02-27 13:02:32.112983
• Title: Fast wide-field quantum sensor based on solid-state spins integrated with a SPAD array
• Title（参考訳）: SPADアレイに統合された固体スピンに基づく高速広視野量子センサ
• Authors: Guoqing Wang, Francesca Madonini, Boning Li, Changhao Li, Jinggang Xiang, Federica Villa, Paola Cappellaro
• Abstract要約: CMOSセンサーとCCDカメラに基づく実験原子物理学および光学物理学における現在の量子プラットフォームは、低感度または遅い操作速度によって制限されている。 ここでは、単一光子アバランシェダイオードのアレイとダイヤモンドの固体スピン欠陥を統合し、高速な広視野量子センサを構築し、最大100kHzのフレームレートを達成する。 NVアンサンブルダイヤモンド試料を用いて、直流および交流磁場、温度、ひずみ、局所スピン密度、電荷ダイナミクスなどのいくつかの例を実験的に示す。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 6.9847811370474755
• License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
• Abstract: Achieving fast, sensitive, and parallel measurement of a large number of quantum particles is an essential task in building large-scale quantum platforms for different quantum information processing applications such as sensing, computation, simulation, and communication. Current quantum platforms in experimental atomic and optical physics based on CMOS sensors and CCD cameras are limited by either low sensitivity or slow operational speed. Here we integrate an array of single-photon avalanche diodes with solid-state spin defects in diamond to build a fast wide-field quantum sensor, achieving a frame rate up to 100~kHz. We present the design of the experimental setup to perform spatially resolved imaging of quantum systems. A few exemplary applications, including sensing DC and AC magnetic fields, temperature, strain, local spin density, and charge dynamics, are experimentally demonstrated using an NV ensemble diamond sample. The developed photon detection array is broadly applicable to other platforms such as atom arrays trapped in optical tweezers, optical lattices, donors in silicon, and rare earth ions in solids.
• Abstract（参考訳）: 多数の量子粒子を高速かつ敏感かつ並列に測定することは、センシング、計算、シミュレーション、通信といった様々な量子情報処理アプリケーションのための大規模量子プラットフォームを構築する上で重要な課題である。 CMOSセンサーとCCDカメラに基づく実験原子物理学および光学物理学における現在の量子プラットフォームは、低感度または遅い操作速度によって制限されている。 ここでは、単一光子アバランシェダイオードのアレイとダイヤモンドの固体スピン欠陥を統合し、高速な広視野量子センサを構築し、最大100〜kHzのフレームレートを達成する。 本稿では,量子システムの空間分解イメージングを行う実験装置の設計について述べる。 nvアンサンブルダイヤモンド試料を用いて,直流及び交流磁界の感知,温度,ひずみ,局所スピン密度,電荷ダイナミクスなど,いくつかの応用例が実験的に実証されている。 開発した光子検出アレイは、光学トワイザーに閉じ込められた原子アレイ、光学格子、シリコンのドナー、固体中の希土類イオンなど、他のプラットフォームにも広く適用できる。

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