論文の概要: Quantum dynamic response-based NV-diamond magnetometry: Robustness to
decoherence and applications in motion detection of magnetic nanoparticles
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2307.05255v1
- Date: Tue, 11 Jul 2023 13:44:37 GMT
- ステータス: 処理完了
- システム内更新日: 2023-07-12 14:55:31.970922
- Title: Quantum dynamic response-based NV-diamond magnetometry: Robustness to
decoherence and applications in motion detection of magnetic nanoparticles
- Title（参考訳）: 量子動的応答に基づくnv-diamond磁力計 : デコヒーレンスに対するロバスト性と磁性ナノ粒子の運動検出への応用
- Authors: Wenkui Ding, Xingyu Zhang, Jing Liu, and Xiaoguang Wang
- Abstract要約: 本稿では,物理観測器の動的応答を量子系のクエンチに活用する新しい量子センシングプロトコルを提案する。
具体的には、ダイヤモンド中の窒素空孔色中心を用いて、量子応答によるスカラーとベクトル磁気学の両方を実現する。
従来の干渉型センサでは難しい磁性ナノ粒子の運動を検出する手法を提案する。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 5.067521928161945
- License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
- Abstract: We propose a novel quantum sensing protocol that leverages the dynamical
response of physical observables to quenches in quantum systems. Specifically,
we use the nitrogen-vacancy (NV) color center in diamond to realize both scalar
and vector magnetometry via quantum response. Furthermore, we suggest a method
for detecting the motion of magnetic nanoparticles, which is challenging with
conventional interference-based sensors. To achieve this, we derive the closed
exact form of the Berry curvature corresponding to NV centers and design
quenching protocols to extract the Berry curvature via dynamical response. By
constructing and solving non-linear equations, the magnetic field and
instantaneous motion velocity of the magnetic nanoparticle can be deduced. We
investigate the feasibility of our sensing scheme in the presence of
decoherence and show through numerical simulations that it is robust to
decoherence. Intriguingly, we have observed that a vanishing nuclear spin
polarization in diamond actually benefits our dynamic sensing scheme, which
stands in contrast to conventional Ramsey-based schemes. In comparison to
Ramsey-based sensing schemes, our proposed scheme can sense an arbitrary
time-dependent magnetic field, as long as its time dependence is nearly
adiabatic.
- Abstract（参考訳）: 本稿では,量子システムにおける物理観測器の動的応答を利用した新しい量子センシングプロトコルを提案する。
具体的には、ダイヤモンドの窒素空白(nv)色中心を用いて、量子応答によるスカラーとベクトル磁気測定を実現する。
さらに,従来の干渉型センサでは難しい磁性ナノ粒子の運動を検出する手法を提案する。
これを実現するために,nv中心に対応するベリー曲率の閉形式を導出し,動的応答によりベリー曲率を抽出するためのクエンチプロトコルを設計する。
非線型方程式の構築と解法により、磁性ナノ粒子の磁場と瞬時運動速度を推定することができる。
我々は,デコヒーレンスの存在下でのセンシング方式の実現可能性について検討し,デコヒーレンスに対して頑健な数値シミュレーションにより示す。
興味深いことに、ダイヤモンドにおける消滅する核スピン分極は、従来のラムゼー方式とは対照的に、我々の動的センシングスキームの恩恵を受けている。
ラムゼーに基づくセンシング方式と比較して,提案手法は時間依存がほぼ断熱的である限り,任意の時間依存磁界を感知することができる。
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