論文の概要: Collective many-body dynamics in a solid-state quantum sensor controlled through nanoscale magnetic gradients

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2506.11920v3
• Date: Wed, 29 Oct 2025 06:38:00 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2025-10-30 18:06:01.853928
• Title: Collective many-body dynamics in a solid-state quantum sensor controlled through nanoscale magnetic gradients
• Title（参考訳）: ナノスケール磁気勾配制御による固体量子センサにおける集合多体ダイナミクス
• Abstract要約: 強く相互作用する量子ビットのコヒーレントな集合力学は、量子情報科学における中心的な資源である。 時間依存磁場勾配とダイヤモンド中の高密度電子スピンアンサンブルの大域的コヒーレント制御を組み合わせることで、集合多体ダイナミクスを実現する。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.5797786035713876
• License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
• Abstract: Coherent collective dynamics of strongly interacting qubits are a central resource in quantum information science, with applications from quantum computing and simulation to metrology. While electronic spins interact strongly via dipolar couplings in dense solid-state ensembles, imperfections and positional disorder pose major obstacles to coherent correlated behavior, limiting their usefulness. Here, we realize collective many-body dynamics by combining time-dependent magnetic field gradients with global coherent control of dense electron spin ensembles in diamond. We control and probe the dynamics of nanometer-scale spin spirals, and, by exploiting Hamiltonian engineering that enhances the microscopic symmetry of the interactions, we observe a disorder-resilient collective spin evolution. Our results establish a pathway to interaction-enhanced quantum metrology and nanoscale imaging of materials and biological systems under ambient conditions.
• Abstract（参考訳）: 強く相互作用する量子ビットのコヒーレントな集合力学は量子情報科学における中心的な資源であり、量子コンピューティングやシミュレーションから気象学への応用がある。 電子スピンは高密度固体アンサンブルにおける双極子結合を介して強く相互作用するが、不完全性や位置障害はコヒーレントな相関挙動に大きな障害をもたらし、それらの有用性を制限する。 ここでは、時間依存磁場勾配とダイヤモンド中の高密度電子スピンアンサンブルの大域的コヒーレント制御を組み合わせることで、集合多体ダイナミクスを実現する。 我々はナノメートルスケールのスピンスパイラルのダイナミクスを制御し、相互作用の微視的な対称性を高めるハミルトン工学を利用して、無秩序な集団スピンの進化を観察する。 本研究は, 環境条件下での物質・生物系の相互作用量子力学とナノスケールイメージングの経路を確立した。

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