論文の概要: Quantum Sensing Enhancement through a Nuclear Spin Register in Nitrogen-Vacancy Centers in Diamond

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2507.14563v1
• Date: Sat, 19 Jul 2025 09:58:59 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2025-07-22 20:51:31.946687
• Title: Quantum Sensing Enhancement through a Nuclear Spin Register in Nitrogen-Vacancy Centers in Diamond
• Title（参考訳）: ダイヤモンド中の窒素空孔センターにおける核スピンレジスタによる量子センシングの促進
• Authors: Jonathan Kenny, Feifei Zhou, Ruihua He, Fedor Jelezko, Teck Seng Koh, Weibo Gao,
• Abstract要約: 固体スピン系、特にダイヤモンド中の窒素空孔(NV)中心は、高感度で室温で作動する能力に魅力がある。 周囲のスピン浴からのノイズによる電子スピンのコヒーレンスと、この環境効果は、NV中心の感度を制限する。 核スピン支援プロトコルは、自然発生の電子と核スピン対による電子スピンコヒーレンスの向上を示す。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.6111086709105106
• License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
• Abstract: Quantum sensing has seen rapid progress from laboratory research to real-world applications. Solid-state spin systems, particularly nitrogen-vacancy (NV) centers in diamond, are attractive for their ability to operate at room temperature with high sensitivity. However, electron spin coherence due to noise from the surrounding spin bath and this environment effect limits the sensitivity of NV centers. Thus, a critical task in NV center-based quantum sensing is sensitivity enhancement through coherence protection. Nuclear spin assisted protocols have demonstrated greater enhancement of electron spin coherence due to the naturally occurring electron and nuclear spin pair. The longer nuclear coherence times allow for long-lived memory bit for quantum information protocols. This review discusses the physics of NV centers, the mechanisms and variations of nuclear spin-assisted protocols, and their applications in nuclear spin spectroscopy, atomic imaging, and magnetic sensing. Challenges in sensitivity enhancement, commercialization prospects, and future research directions are also explored.
• Abstract（参考訳）: 量子センシングは、実験室の研究から実世界の応用まで急速に進歩してきた。 固体スピン系、特にダイヤモンド中の窒素空孔(NV)中心は、高感度で室温で作動する能力に魅力がある。 しかし、周囲のスピン浴からのノイズによる電子スピンのコヒーレンスや、この環境効果は、NV中心の感度を制限する。 したがって、NV中心に基づく量子センシングにおける重要な課題はコヒーレンス保護による感度向上である。 核スピン支援プロトコルは、自然発生の電子と核スピン対による電子スピンコヒーレンスの向上を示す。 より長い核コヒーレンス時間は、量子情報プロトコルの長寿命メモリビットを可能にする。 本稿では、NV中心の物理、核スピン支援プロトコルのメカニズムとバリエーション、核スピン分光、原子イメージング、磁気センシングへの応用について論じる。 感度向上、商業化の展望、今後の研究の方向性についても検討する。

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