論文の概要: Continuous drive heterodyne microwave sensing with spin qubits in hexagonal boron nitride
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2406.17142v1
- Date: Mon, 24 Jun 2024 21:24:45 GMT
- ステータス: 処理完了
- システム内更新日: 2024-06-26 18:11:29.141141
- Title: Continuous drive heterodyne microwave sensing with spin qubits in hexagonal boron nitride
- Title（参考訳）: 六方晶窒化ホウ素のスピン量子ビットを用いた連続駆動ヘテロダインマイクロ波センシング
- Authors: Charlie J. Patrickson, Valentin Haemmerli, Shi Guo, Andrew J. Ramsay, Isaac J. Luxmoore,
- Abstract要約: 本稿では、スピンを有効12T$の制限値に拡張する連続マイクロ波駆動に基づく制御方式を提案する。
この方式は、$eta approx 3-5 :mathrmmu T sqrtHz$の振幅感度と$eta_phi approx 0.076 :mathrmrads sqrtHz$の位相感度を達成する。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 5.658970628961091
- License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
- Abstract: Quantum sensors that use solid state spin defects have emerged as effective probes of weak alternating magnetic signals. By recording the phase of a signal relative to an external clock, these devices can resolve signal frequencies to a precision orders of magnitude longer than the spin state lifetime. However, these quantum heterodyne protocols suffer from sub-optimal sensitivity, as they are currently limited to pulsed spin control techniques, which are susceptible to cumulative pulse-area errors, or single continuous drives which offer no protection of the spin coherence. Here, we present a control scheme based on a continuous microwave drive that extends spin coherence towards the effective $T_2 \approx \frac{1}{2}T_1$ limit and can resolve the frequency, amplitude and phase of GHz magnetic fields. The scheme is demonstrated using an ensemble of boron vacancies in hexagonal boron nitride, and achieves an amplitude sensitivity of $\eta \approx 3-5 \:\mathrm{\mu T \sqrt{Hz}}$ and phase sensitivity of $\eta_{\phi} \approx 0.076 \:\mathrm{rads \sqrt{Hz}}$. By repeatedly referencing the phase of a resonant signal against the coherent continuous microwave drive in a quantum heterodyne demonstration, we measure a GHz signal with a resolution $<$1 Hz over a 10 s measurement. Achieving this level of performance in a two-dimensional material platform could have broad applications, from probing nanoscale condensed matter systems to integration into heterostructures for quantum networking.
- Abstract（参考訳）: 固体スピン欠陥を用いた量子センサーは、弱い交互磁気信号の効果的なプローブとして出現している。
外部クロックに対する信号の位相を記録することにより、これらの装置はスピン状態寿命よりも精度の高いオーダーで信号周波数を解決できる。
しかしながら、これらの量子ヘテロダインプロトコルは、現在パルス制御技術に制限されており、累積パルス領域誤差やスピンコヒーレンスを保護しない単一連続ドライブに制限されているため、準最適感度に悩まされている。
ここでは, スピンコヒーレンスを有効な$T_2 \approx \frac{1}{2}T_1$限界まで拡張し, GHz磁界の周波数, 振幅, 位相を解く連続マイクロ波駆動に基づく制御方式を提案する。
このスキームは六方晶窒化ホウ素中のホウ素空孔のアンサンブルを用いて実証され、振幅感度は$\eta \approx 3-5 \:\mathrm {\mu T \sqrt{Hz}}$と位相感度は$\eta_{\phi} \approx 0.076 \:\mathrm{rads \sqrt{Hz}}$である。
量子ヘテロダインデモにおいて、コヒーレント連続マイクロ波駆動に対する共振信号の位相を繰り返し参照することにより、10秒以上の分解能$<$1 HzのGHz信号を測定する。
このレベルの性能を2次元の材料プラットフォームで達成することは、ナノスケール凝縮物質系の探索から、量子ネットワークのためのヘテロ構造への統合に至るまで、幅広い応用をもたらす可能性がある。
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