論文の概要: Ambiguous Resonances in Multipulse Quantum Sensing with Nitrogen Vacancy Centers

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2407.09411v1
• Date: Fri, 12 Jul 2024 16:35:36 GMT
• ステータス: 処理完了
• システム内更新日: 2024-07-15 22:48:56.052113
• Title: Ambiguous Resonances in Multipulse Quantum Sensing with Nitrogen Vacancy Centers
• Title（参考訳）: 窒素空孔中心を用いたマルチパルス量子センシングにおけるあいまいな共鳴
• Authors: Lucas Tsunaki, Anmol Singh, Kseniia Volkova, Sergei Trofimov, Tommaso Pregnolato, Tim Schröder, Boris Naydenov,
• Abstract要約: ダイヤモンド中の1つの窒素空孔中心に存在する3つの効果を実験的に評価した。 バイアス磁場における小さなミスアライメントは、窒素核スピンの偏移を中心の電子スピンによって感知する。 また、有限パルス時間における量子系の自由進化の影響を計測し、シミュレーションした。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.2686836573610359
• License: http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/
• Abstract: Dynamical decoupling multipulse sequences can be applied to solid state spins for sensing weak oscillating fields from nearby single nuclear spins. By periodically reversing the probing system's evolution, other noises are counteracted and filtered out over the total evolution. However, the technique is subject to intricate interactions resulting in additional resonant responses, which can be misinterpreted with the actual signal intended to be measured. We experimentally characterized three of these effects present in single nitrogen vacancy centers in diamond, where we also developed a numerical simulations model without rotating wave approximations, showing robust correlation to the experimental data. Regarding centers with the $^{15}$N nitrogen isotope, we observed that a small misalignment in the bias magnetic field causes the precession of the nitrogen nuclear spin to be sensed by the electronic spin of the center. Another studied case of ambiguous resonances comes from the coupling with lattice $^{13}$C nuclei, where we reconstructed the interaction Hamiltonian based on echo modulation frequencies and used this Hamiltonian to simulate multipulse sequences. Finally, we also measured and simulated the effects from the free evolution of the quantum system during finite pulse durations. Due to the large data volume and the strong dependency of these ambiguous resonances with specific experimental parameters, we provide a simulations dataset with a user-friendly graphical interface, where users can compare simulations with their own experimental data for spectral disambiguation. Although focused with nitrogen vacancy centers and dynamical decoupling sequences, these results and the developed model can potentially be applied to other solid state spins and quantum sensing techniques.
• Abstract（参考訳）: 動的デカップリング多重パルス列は、近傍の単一核スピンから弱い振動場を感知する固体スピンに応用することができる。 周期的に探査システムの進化を反転させることで、他のノイズは反作用し、全進化にわたって除去される。 しかし、この手法は複雑な相互作用を伴って追加の共鳴応答を生じさせ、測定対象の実際の信号と誤解釈することができる。 ダイヤモンド中の単一窒素空孔中心に存在するこれらの3つの効果を実験的に評価し, 回転波近似を伴わない数値シミュレーションモデルを開発し, 実験データとの堅牢な相関性を示した。 約$^{15}$Nの窒素同位体を持つ中心では、バイアス磁場の小さな誤配が、窒素核スピンの沈着を中心の電子スピンによって感知することを発見した。 ここでは、エコー変調周波数に基づいて相互作用ハミルトニアンを再構成し、このハミルトニアンを用いて多重パルス列をシミュレートした。 最後に、有限パルス時間における量子系の自由進化の影響を計測し、シミュレーションした。 大規模なデータ量と、これらの曖昧な共鳴と特定の実験パラメータとの強い依存のため、ユーザフレンドリーなグラフィカルインタフェースを用いたシミュレーションデータセットを提供し、ユーザはシミュレーションを自身の実験データと比較してスペクトルの曖昧さを識別する。 窒素空孔中心と動的デカップリング配列に焦点が当てられているが、これらの結果と開発モデルは他の固体スピンや量子センシング技術にも適用できる可能性がある。

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