論文の概要: Non-Gaussian Noise Magnetometry Using Local Spin Qubits

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2505.03877v1
• Date: Tue, 06 May 2025 18:00:01 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2025-05-08 19:07:35.88785
• Title: Non-Gaussian Noise Magnetometry Using Local Spin Qubits
• Title（参考訳）: 局所スピンクビットを用いた非ガウスノイズマグネトメトリー
• Authors: Jonathan B. Curtis, Amir Yacoby, Eugene Demler,
• Abstract要約: 局所的,空間的に解決された方法で高次磁気ノイズ累積量を不明瞭に測定する方法を示す。 次に、相互作用しない2段階系のバスのモデルを考えることにより、これらのプロトコルの有用性を実証する。 どちらの場合も、実際の多体システムにおいて、このテクニックをどのように測定することができるかを強調します。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
• License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
• Abstract: Atomic scale qubits, as may be realized in nitrogen vacancy (NV) centers in diamond, offer the opportunity to study magnetic field noise with nanometer scale spatial resolution. Using these spin qubits, one can learn a great deal about the magnetic-field noise correlations, and correspondingly the collective-mode spectra, in quantum materials and devices. However, to date these tools have been essentially restricted to studying Gaussian noise processes -- equivalent to linear-response. In this work we will show how to extend these techniques beyond the Gaussian regime and show how to unambiguously measure higher-order magnetic noise cumulants in a local, spatially resolved way. We unveil two protocols for doing this; the first uses a single spin-qubit and different dynamical decoupling sequences to extract non-Markovian and non-Gaussian spin-echo noise. The second protocol uses two-qubit coincidence measurements to study spatially non-local cumulants in the magnetic noise. We then demonstrate the utility of these protocols by considering a model of a bath of non-interacting two-level systems, as well as a model involving spatially correlated magnetic fluctuations near a second-order Ising phase transition. In both cases, we highlight how this technique can be used to measure in a real many-body system how fluctuation dynamics converge towards the central limit theorem as a function of effective bath size. We then conclude by discussing some promising applications and extensions of this method.
• Abstract（参考訳）: ダイヤモンド中の窒素空孔(NV)中心で実現される原子スケール量子ビットは、ナノメートルスケールの空間分解能で磁場ノイズを研究する機会を提供する。 これらのスピン量子ビットを用いて、量子材料やデバイスにおいて磁場とノイズの相関、およびそれに対応する集合モードスペクトルについて多くを学ぶことができる。 しかしながら、これらのツールは基本的には、線形応答に匹敵するガウスノイズ過程の研究に限定されている。 この研究では、これらの手法をガウス体制を超えて拡張する方法を示し、局所的に空間的に解決された方法で高次磁気ノイズ累積を不明瞭に測定する方法を示す。 1つは1つのスピン量子ビットと異なる動的デカップリング列を使い、非マルコフ的および非ガウス的スピン-エチョノイズを抽出する。 第2のプロトコルでは、磁気ノイズにおける空間的に非局所的な累積物を研究するために、2量子の同時測定を用いている。 次に,2次イジング相転移付近の空間的相関磁気ゆらぎを含むモデルと,相互作用しない2レベル系の浴槽モデルを考えることにより,これらのプロトコルの有用性を実証する。 どちらの場合も、この手法が実際の多体系において、効果的な浴の大きさの関数として、揺らぎ力学が中心極限定理にどのように収束するかを測定するのにどのように使用できるかを強調した。 次に、この手法の有望な応用と拡張について論じる。

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