論文の概要: Simulation of the Dissipative Dynamics of Strongly Interacting NV Centers with Tensor Networks

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2406.08108v2
• Date: Fri, 22 Nov 2024 17:18:18 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2024-11-25 15:01:08.702282
• Title: Simulation of the Dissipative Dynamics of Strongly Interacting NV Centers with Tensor Networks
• Title（参考訳）: テンソルネットワークを用いた強相互作用NV中心の散逸ダイナミクスのシミュレーション
• Authors: Jirawat Saiphet, Daniel Braun,
• Abstract要約: ダイヤモンド中のNV中心は、磁場やその他の物理量に対する高感度量子センサーのための有望なプラットフォームである。 我々は多体混合状態を表現し,NVのアンサンブルのダイナミクスをシミュレートするために,マトリックス製品密度演算子(MPDO)法を用いる。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 1.03590082373586
• License:
• Abstract: NV centers in diamond are a promising platform for highly sensitive quantum sensors for magnetic fields and other physical quantities. The quest for high sensitivity combined with high spatial resolution leads naturally to dense ensembles of NV centers, and hence to strong, long-range interactions between them. Hence, simulating strongly interacting NVs becomes essential. However, obtaining the exact dynamics for a many-spin system is a challenging task due to the exponential scaling of the Hilbert space dimension, a problem that is exacerbated when the system is modelled as an open quantum system. In this work, we employ the Matrix Product Density Operator (MPDO) method to represent the many-body mixed state and to simulate the dynamics of an ensemble of NVs in the presence of strong long-range couplings due to dipole-dipole forces. We benchmark different time-evolution algorithms in terms of numerical accuracy and stability against time evolution based on exact numerical diagonalization. Subsequently, we simulate the dynamics in the strong interaction regime, and study the impact of decoherence on the accuracy of the MPDO method. Lastly, we investigate the dynamics of quantum Fisher information and discuss under what circumstances a strong interaction can improve sensitivity for magnetic field sensing.
• Abstract（参考訳）: ダイヤモンド中のNV中心は、磁場やその他の物理量に対する高感度量子センサーのための有望なプラットフォームである。 高感度と高空間分解能を組み合わせた探索は自然にNV中心の密集につながり、そのためそれら間の強い長距離相互作用をもたらす。 したがって、強く相互作用するNVをシミュレートすることが不可欠である。 しかし、多スピン系の正確な動力学を得るのはヒルベルト空間次元の指数的スケーリングによる難題であり、これはシステムがオープン量子系としてモデル化されるときに悪化する。 本研究では,多体混合状態を表すために行列積密度演算子(MPDO)法を用い,双極子-双極子力による強い長距離結合の存在下でのNVのアンサンブルのダイナミクスをシミュレートする。 我々は,正確な数値対角化に基づく時間進化に対する数値的精度と安定性の観点から,異なる時間進化アルゴリズムをベンチマークする。 その後,強い相互作用状態のダイナミクスをシミュレートし,MPDO法の精度に対するデコヒーレンスの影響について検討する。 最後に, 量子フィッシャー情報の力学を考察し, 強い相互作用が磁場センシングの感度を向上させることができる状況について論じる。

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