論文の概要: Digital Twin Simulations Toolbox of the Nitrogen-Vacancy Center in Diamond
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2507.18759v2
- Date: Tue, 14 Oct 2025 16:37:59 GMT
- ステータス: 翻訳完了
- システム内更新日: 2025-10-15 14:23:56.794433
- Title: Digital Twin Simulations Toolbox of the Nitrogen-Vacancy Center in Diamond
- Title（参考訳）: ダイヤモンド中の窒素空洞センターのデジタル双極子シミュレーションツールボックス
- Authors: Lucas Tsunaki, Anmol Singh, Sergei Trofimov, Boris Naydenov,
- Abstract要約: ダイヤモンド中の窒素空孔中心は、量子技術にとって重要なプラットフォームである。
一般的な実験条件下でNVスピンダイナミクスをシミュレーションするためのPythonライブラリを提示する。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.14968676451957358
- License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
- Abstract: The nitrogen-vacancy (NV) center in diamond is a crucial platform for quantum technologies, where its precise numerical modeling is indispensable for the continued advancement of the field. We present here a Python library for simulating the NV spin dynamics under general experimental conditions, i.e. a digital twin. Our library accounts for electromagnetic pulses and other environmental inputs, which are used to solve the system's time evolution, resulting in a physical output in the form of a quantum observable given by fluorescence. The simulation framework is based on a non-perturbative time-dependent Hamiltonian model, where the states initialization and readout are postulated from the interaction with optical fields. By eliminating oversimplifications such as the adoption of rotating frames for the microwave and radio frequency fields, our simulations reveal subtle dynamics emerging from realistic pulse constraints. The software is illustrated with three examples and validated by comparing the simulations with experimental reports, relevant to the fields of quantum computing (conditional logic gates), sensing (dynamical decoupling sequences with coupled spins) and networks (state teleportation). Overall, this digital twin delivers a robust numerical modeling of the NV spin dynamics, with simple and accessible usability, which can be used for a wide range of applications.
- Abstract（参考訳）: ダイヤモンド中の窒素空孔(NV)中心は量子技術にとって重要な基盤であり、その精密な数値モデリングはフィールドの継続的な発展に不可欠である。
ここでは、一般的な実験条件下でNVスピンダイナミクスをシミュレートするPythonライブラリ、すなわちデジタルツインについて述べる。
我々のライブラリーは、電磁波やその他の環境入力を考慮し、システムの時間進化を解くために使われ、結果として蛍光によって与えられる量子観測可能な形で物理的に出力される。
シミュレーションフレームワークは、光場との相互作用から状態の初期化と読み出しが仮定される非摂動時間依存のハミルトンモデルに基づいている。
マイクロ波および電波周波数場における回転フレームの導入などの過度な単純化を排除し, 現実的なパルス制約から生じる微妙なダイナミクスをシミュレーションにより明らかにした。
このソフトウェアは3つの例で説明され、シミュレーションと実験報告を比較して、量子コンピューティング(条件論理ゲート)、センシング(スピンを結合した動的デカップリングシーケンス)、ネットワーク(状態テレポーテーション)の分野に関する検証を行っている。
全体として、このデジタルツインは、NVスピンダイナミクスの堅牢な数値モデリングを提供し、シンプルでアクセスしやすいユーザビリティを提供する。
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