論文の概要: Coherent manipulation of nuclear spins in the strong driving regime
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2310.20667v1
- Date: Tue, 31 Oct 2023 17:31:27 GMT
- ステータス: 処理完了
- システム内更新日: 2023-11-01 13:51:49.673758
- Title: Coherent manipulation of nuclear spins in the strong driving regime
- Title（参考訳）: 強駆動系における核スピンのコヒーレント操作
- Authors: Dan Yudilevich, Alon Salhov, Ido Schaefer, Konstantin Herb, Alex
Retzker, Amit Finkler
- Abstract要約: 量子センシング実験において、強い駆動のためのアンテナを提案する。
アンテナは、ダイヤモンドの窒素空孔(NV)中心を用いた量子センシング実験のために調整されている。
駆動振幅がスピン状態分裂に匹敵する状態において、横面から傾いた磁場による駆動スピンの影響について論じる。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
- License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
- Abstract: Spin-based quantum information processing makes extensive use of spin-state
manipulation. This ranges from dynamical decoupling of nuclear spins in quantum
sensing experiments to applying logical gates on qubits in a quantum processor.
Here we present an antenna for strong driving in quantum sensing experiments
and theoretically address challenges of the strong driving regime. First, we
designed and implemented a micron-scale planar spiral RF antenna capable of
delivering intense fields to a sample. The planar antenna is tailored for
quantum sensing experiments using the diamond's nitrogen-vacancy (NV) center
and should be applicable to other solid-state defects. The antenna has a broad
bandwidth of 22 MHz, is compatible with scanning probes, and is suitable for
cryogenic and ultrahigh vacuum conditions. We measure the magnetic field
induced by the antenna and estimate a field-to-current ratio of $113\pm 16$
G/A, representing a x6 increase in efficiency compared to the state-of-the-art.
We demonstrate the antenna by driving Rabi oscillations in $^1$H spins of an
organic sample on the diamond surface and measure $^1$H Rabi frequencies of
over 500 kHz, i.e., $\mathrm{\pi}$-pulses shorter than 1 $\mu s$ - faster than
previously reported in NV-based nuclear magnetic resonance (NMR). Finally, we
discuss the implications of driving spins with a field tilted from the
transverse plane in a regime where the driving amplitude is comparable to the
spin-state splitting, such that the rotating wave approximation does not
describe the dynamics well. We present a recipe to optimize pulse fidelity in
this regime based on a phase and offset-shifted sine drive, that may be
optimized without numerical optimization procedures or precise modeling of the
experiment. We consider this approach in a range of driving amplitudes and show
that it is particularly efficient in the case of a tilted driving field.
- Abstract（参考訳）: スピンベースの量子情報処理はスピン状態操作を多用する。
これは量子センシング実験における核スピンの動的分離から量子プロセッサにおける量子ビットへの論理ゲートの適用まで幅広い。
本稿では,量子センシング実験における強駆動用アンテナについて述べるとともに,強駆動方式の課題を理論的に解決する。
まず,試料に強磁場を供給できるマイクロスケール平面型RFアンテナの設計と実装を行った。
平面アンテナはダイヤモンドの窒素空隙(nv)中心を用いた量子センシング実験用に設計されており、他の固体欠陥にも適用する必要がある。
アンテナは22MHzの広帯域であり、走査プローブと互換性があり、低温および超高真空条件に適している。
我々は、アンテナによって誘導される磁場を測定し、電界対電流比が113\pm 16$ G/Aと見積もる。
このアンテナは、ダイヤモンド表面の有機試料の^1$hスピンでラビ振動を駆動し、500khz以上のラビ周波数、すなわち1$\mu s$よりも短いパルスを計測し、nvベースの核磁気共鳴(nmr)で以前報告されたよりも高速であることを示す。
最後に、回転波近似が動力学をよく記述しないように、駆動振幅がスピン状態分割に匹敵する状態において、横面から傾いた場を持つ駆動スピンの意味について論じる。
本稿では,位相とオフセットシフトした正弦波駆動に基づいてパルス忠実度を最適化する手法を提案する。
我々は、この手法を駆動振幅の範囲で検討し、傾斜した駆動場の場合、特に効率的であることを示す。
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