Fugu-MT 論文翻訳(概要): A spin-refrigerated cavity quantum electrodynamic sensor

論文の概要: A spin-refrigerated cavity quantum electrodynamic sensor

arxiv url: http://arxiv.org/abs/2404.10628v1
Date: Tue, 16 Apr 2024 14:56:50 GMT
ステータス: 処理完了
システム内更新日: 2024-04-17 16:24:42.611574
Title: A spin-refrigerated cavity quantum electrodynamic sensor
Title（参考訳）: スピン冷凍空洞量子力学センサ
Authors: Hanfeng Wang, Kunal L. Tiwari, Kurt Jacobs, Michael Judy, Xin Zhang, Dirk R. Englund, Matthew E. Trusheim,
Abstract要約: 固体欠陥、特にダイヤモンド中の窒素空孔中心に基づく量子センサーは、磁場、温度、回転、電場を正確に測定することができる。我々は,NVアンサンブルの高可読性を実現するために,強い結合状態で動作する空洞量子電磁力学(cQED)ハイブリッドシステムを導入する。環境条件下では、580 fT/$sqrtmathrmHz$約15 kHzのブロードバンド感度を示す。
参考スコア（独自算出の注目度）: 1.6713959634020665
License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
Abstract: Quantum sensors based on solid-state defects, in particular nitrogen-vacancy (NV) centers in diamond, enable precise measurement of magnetic fields, temperature, rotation, and electric fields. However, the sensitivity of leading NV spin ensemble sensors remains far from the intrinsic spin-projection noise limit. Here we move towards this quantum limit of performance by introducing (i) a cavity quantum electrodynamic (cQED) hybrid system operating in the strong coupling regime, which enables high readout fidelity of an NV ensemble using microwave homodyne detection; (ii) a comprehensive nonlinear model of the cQED sensor operation, including NV ensemble inhomogeneity and optical polarization; and (iii) ``spin refrigeration'' where the optically-polarized spin ensemble sharply reduces the ambient-temperature microwave thermal noise, resulting in enhanced sensitivity. Applying these advances to magnetometry, we demonstrate a broadband sensitivity of 580 fT/$\sqrt{\mathrm{Hz}}$ around 15 kHz in ambient conditions. We then discuss the implications of this model for design of future magnetometers, including devices approaching 12 fT/$\sqrt{\mathrm{Hz}}$ sensitivity. Applications of these techniques extend to the fields of gyroscope and clock technologies.
Abstract（参考訳）: 固体欠陥に基づく量子センサ、特にダイヤモンド中の窒素空孔(NV)中心は、磁場、温度、回転、電場を正確に測定することができる。しかし、先導NVスピンアンサンブルセンサの感度は、本質的なスピン投射雑音限界からかけ離れている。ここでは、この量子的なパフォーマンスの限界に向かって、導入する。 (i)マイクロ波ホモダイン検出によるNVアンサンブルの高読み出し忠実性を実現する、強結合系で動作する空洞量子電磁力学(cQED)ハイブリッドシステム 2)NVアンサンブル不均一性及び光偏光を含むcQEDセンサ動作の包括的非線形モデル三)光偏光スピンアンサンブルが周囲のマイクロ波熱雑音を著しく低減し、感度を高める「スピン冷凍」。これらの進歩を磁気計測に適用し、周囲条件下では580 fT/$\sqrt{\mathrm{Hz}}$約15 kHzのブロードバンド感度を示す。次に,12 fT/$\sqrt{\mathrm{Hz}}$ sensitivity に接近するデバイスを含む,将来の磁気センサの設計におけるこのモデルの有効性について議論する。これらの技術の応用はジャイロスコープとクロック技術の分野にまで及んでいる。

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