論文の概要: Overcoming frequency resolution limits using a solid-state spin quantum sensor

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2506.20416v1
• Date: Wed, 25 Jun 2025 13:31:34 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2025-06-26 21:00:42.753982
• Title: Overcoming frequency resolution limits using a solid-state spin quantum sensor
• Title（参考訳）: 固体スピン量子センサによる周波数分解能限界の克服
• Authors: Qingyun Cao, Genko T. Genov, Yaoming Chu, Jianming Cai, Yu Liu, Alex Retzker, Fedor Jelezko,
• Abstract要約: 我々は、固体スピン量子センサを用いて、2つのほぼ同一の非コヒーレント信号を実験的に解決する。 本結果は,従来の周波数分解能の限界を克服する量子センシングの可能性を強調した。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 2.407182932306642
• License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
• Abstract: The ability to determine precisely the separation of two frequencies is fundamental to spectroscopy, yet the resolution limit poses a critical challenge: distinguishing two incoherent signals becomes impossible when their frequencies are sufficiently close. Here, we demonstrate a simple and powerful approach, dubbed {\it superresolution quantum sensing}, which experimentally resolves two nearly identical incoherent signals using a solid-state spin quantum sensor. By identifying a sequence of ``magic interrogation times'', we eliminate quantum projection noise, overcoming the vanishing distinguishability of signals with near-identical frequencies. This leads to improved resolution, which scales as $t^{-2}$ in comparison to the standard $t^{-1}$ scaling. Together with a greatly reduced classical readout noise assisted by a nuclear spin, we are able to achieve sub-kHz resolution with a signal detection time of 80 microseconds. Our results highlight the potential of quantum sensing to overcome conventional frequency resolution limitations, with broad implications for precision measurements.
• Abstract（参考訳）: 2つの周波数の分離を正確に決定する能力は分光の基本であるが、分解限界は2つの不整合信号の識別が十分近いときに不可能となるという重要な課題を生じさせる。 ここでは、固体スピン量子センサを用いて、2つのほぼ同一の非コヒーレント信号を実験的に解決する、超解像量子センシングと呼ばれるシンプルで強力なアプローチを実証する。 量子射影雑音を除去し,「魔法の尋問時間」の列を同定することにより,ほぼ同一周波数の信号の識別性を克服する。 これは、標準の$t^{-1}$スケーリングと比較して、$t^{-2}$にスケールする。 核スピンで補助される古典的な読み出しノイズを大幅に低減することで、80マイクロ秒の信号検出時間でサブkHzの分解能を実現することができる。 本結果は,従来の周波数分解能の限界を克服する量子センシングの可能性を強調し,精度測定に広く影響している。

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