論文の概要: Fast, accurate, and error-resilient noise spectroscopy via basis optimization

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2411.17064v1
• Date: Tue, 26 Nov 2024 03:04:05 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2024-11-27 13:33:52.885455
• Title: Fast, accurate, and error-resilient noise spectroscopy via basis optimization
• Title（参考訳）: 基底最適化による高速・高精度・誤差耐性ノイズスペクトロスコピー
• Authors: Nanako Shitara, Andrés Montoya-Castillo,
• Abstract要約: 本稿では、一般に実行される動的デカップリングに基づくコヒーレンス測定を処理する方法を提案する。 ダイヤモンド中の窒素空孔センサのノイズスペクトルを再構成するために,本手法を用いた。 提案手法のノイズスペクトル再構成により,従来考えられていなかった構造が明らかとなり,前例のない精度が得られた。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
• License:
• Abstract: Detecting and characterizing decoherence-inducing noise sources is critical for developing scalable quantum technologies and deploying quantum sensors that operate at molecular scales. Yet, existing methods for such noise spectroscopy face fundamental difficulties, including their reliance on severe approximations and the need for extensively averaged measurements. Here, we propose an alternative approach that processes the commonly performed dynamical decoupling-based coherence measurements using a novel self-consistent optimization framework to extract the noise power spectrum that characterizes the interaction between a qubit or quantum sensor and its environment. Our approach adopts minimal assumptions and is robust to the presence of measurement errors. We introduce a protocol to quantify confidence intervals and a physically motivated heuristic to determine which new dynamical decoupling measurement can improve spectral reconstruction. We employ our method to reconstruct the noise spectrum of a nitrogen-vacancy sensor in diamond, resolving previously undetected nuclear species at the diamond surface and revealing that the previous measurements of low-frequency noise had overestimated its strength by an order of magnitude. Our method's noise spectrum reconstructions uncover previously unsuspected structure and offer unprecedented accuracy, setting the stage for precision noise spectroscopy-based quantum metrology.
• Abstract（参考訳）: デコヒーレンスを誘発するノイズ源を検出し、特徴付けることは、スケーラブルな量子技術を開発し、分子スケールで動作する量子センサーをデプロイするために重要である。 しかし、そのようなノイズスペクトロスコピーの既存の手法は、厳密な近似への依存や、広範囲な平均測定の必要性など、根本的な困難に直面している。 本稿では、新しい自己整合最適化フレームワークを用いて、一般に実行される動的疎結合に基づくコヒーレンス測定を処理し、量子ビットや量子センサと環境との相互作用を特徴付けるノイズパワースペクトルを抽出する手法を提案する。 我々の手法は最小限の仮定を採用しており、測定誤差の存在に対して堅牢である。 本稿では、信頼区間の定量化と物理的動機付けによるヒューリスティックを導入し、新しい動的デカップリング測定がスペクトル再構成を改善するかを決定する。 提案手法は, ダイヤモンド中の窒素空洞センサのノイズスペクトルを再構成し, 従来検出されていなかった核種をダイヤモンド表面で分解し, 低周波雑音の測定により, 強度を桁違いに過大に見積もったことを示す。 提案手法のノイズスペクトル再構成により,従来未確認構造が明らかになり,前例のない精度が得られ,精度の高いノイズスペクトルに基づく量子メトロジーのステージが設定される。

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