論文の概要: The impact of microwave phase noise on diamond quantum sensing
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2407.06465v1
- Date: Tue, 9 Jul 2024 00:08:33 GMT
- ステータス: 処理完了
- システム内更新日: 2024-07-10 19:44:58.159324
- Title: The impact of microwave phase noise on diamond quantum sensing
- Title（参考訳）: ダイヤモンド量子センシングにおけるマイクロ波位相ノイズの影響
- Authors: Andris Berzins, Maziar Saleh Ziabari, Yaser Silani, Ilja Fescenko, Joshua T. Damron, John F. Barry, Andrey Jarmola, Pauli Kehayias, Bryan A. Richards, Janis Smits, Victor M. Acosta,
- Abstract要約: マイクロ波(MW)位相雑音がNVセンサの応答に及ぼす影響について検討した。
複数の商用MW発電機の位相ノイズが有効pT s1/2範囲のノイズフロアとなることを示す。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
- License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
- Abstract: Precision optical measurements of the electron-spin precession of nitrogen-vacancy (NV) centers in diamond form the basis of numerous applications. The most sensitivity-demanding applications, such as femtotesla magnetometry, require the ability to measure changes in GHz spin transition frequencies at the sub-millihertz level, corresponding to a fractional resolution of better than 10^{-12}. Here we study the impact of microwave (MW) phase noise on the response of an NV sensor. Fluctuations of the phase of the MW waveform cause undesired rotations of the NV spin state. These fluctuations are imprinted in the optical readout signal and, left unmitigated, are indistinguishable from magnetic field noise. We show that the phase noise of several common commercial MW generators results in an effective pT s^{1/2}-range noise floor that varies with the MW carrier frequency and the detection frequency of the pulse sequence. The data are described by a frequency domain model incorporating the MW phase noise spectrum and the filter-function response of the sensing protocol. For controlled injection of white and random-walk phase noise, the observed NV magnetic noise floor is described by simple analytic expressions that accurately capture the scaling with pulse sequence length and the number of pi pulses. We outline several strategies to suppress the impact of MW phase noise and implement a version, based on gradiometry, that realizes a >10-fold suppression. Our study highlights an important challenge in the pursuit of sensitive diamond quantum sensors and is applicable to other qubit systems with a large transition frequency.
- Abstract（参考訳）: ダイヤモンド中の窒素空孔(NV)中心の電子スピン沈降の精密光学的測定は、多くの応用の基礎となっている。
フェムトテラ磁力計のような最も感度の高い応用は、サブミリヘルツレベルでのGHzスピン遷移周波数の変化を測定する能力を必要とする。
ここではマイクロ波(MW)位相雑音がNVセンサの応答に与える影響について検討する。
MW波形の位相のゆらぎは、NVスピン状態の望ましくない回転を引き起こす。
これらのゆらぎは光読み出し信号に印字され、残されているものは磁場ノイズと区別できない。
いくつかの商用MW発電機の位相ノイズは、MWキャリア周波数とパルスシーケンスの検出周波数によって変化する実効的なpT s^{1/2}レンジノイズフロアをもたらすことを示す。
データは、MW位相雑音スペクトルと検出プロトコルのフィルタ関数応答を組み込んだ周波数領域モデルにより記述される。
白とランダムウォークの位相ノイズを制御するために、観測されたNV磁気ノイズフロアは、パルスシーケンス長とπパルス数で正確にスケーリングをキャプチャする単純な解析式によって記述される。
MW位相雑音の影響を抑えるためのいくつかの戦略を概説し、グラジオメトリーに基づく10倍の抑制を実現するバージョンを実装した。
本研究は、高感度ダイヤモンド量子センサの追求において重要な課題であり、大きな遷移周波数を持つ他の量子ビット系にも適用可能であることを示す。
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