論文の概要: Patterning programmable spin arrays on DNA origami for quantum technologies
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2509.10760v1
- Date: Sat, 13 Sep 2025 00:13:18 GMT
- ステータス: 翻訳完了
- システム内更新日: 2025-09-16 17:26:22.767294
- Title: Patterning programmable spin arrays on DNA origami for quantum technologies
- Title（参考訳）: 量子技術のためのDNA折り紙上のプログラム可能なスピンアレイのパターン化
- Authors: Zhiran Zhang, Taylor Morrison, Lillian Hughes, Weijie Wu, Ruiyao Liu, Dolev Bluvstein, Norman Yao, Deborah Fygenson, Ania C. Bleszynski Jayich,
- Abstract要約: ナノスケールの空間精度を持つ固体スピンの制御された組み立ては、量子技術において顕著な課題である。
DNAをベースとしたパターン化と、ダイヤモンド中の窒素空隙量子センサーを組み合わせることで、プログラム可能な2次元スピン配列を形成し、知覚する。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.5402133127471201
- License: http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/
- Abstract: The controlled assembly of solid-state spins with nanoscale spatial precision is an outstanding challenge for quantum technology. Here, we combine DNA-based patterning with nitrogen-vacancy (NV) ensemble quantum sensors in diamond to form and sense programmable 2D arrays of spins. We use DNA origami to control the spacing of chelated Gd$^{3+}$ spins, as verified by the observed linear relationship between proximal NVs' relaxation rate, $1/T_1$, and the engineered number of Gd$^{3+}$ spins per origami unit. We further show that DNA origami provides a robust way of functionalizing the diamond surface with spins as it preserves the charge state and spin coherence of proximal, shallow NV centers. Our work enables the formation and interrogation of ordered, strongly interacting spin networks with applications in quantum sensing and quantum simulation. We quantitatively discuss the prospects of entanglement-enhanced metrology and high-throughput proteomics.
- Abstract（参考訳）: ナノスケールの空間精度を持つ固体スピンの制御された組み立ては、量子技術において顕著な課題である。
ここでは、DNAベースのパターン化と窒素空孔(NV)アンサンブル量子センサーをダイヤモンドに組み合わせて、プログラム可能な2次元スピン配列を形成し、知覚する。
我々はDNA折り紙を用いてキレートしたGd$^{3+}$スピンの間隔を制御し, 近位NVsの緩和速度1/T_1$と, 折り紙単位当たりのGd$^{3+}$スピンの工学的数との線形関係で検証した。
さらに,DNA折り紙は, 近位, 浅いNV中心の電荷状態とスピンコヒーレンスを保ちながら, ダイヤモンド表面をスピンで機能させる堅牢な方法を提供することを示した。
我々の研究は、秩序があり、強く相互作用するスピンネットワークの形成と、量子センシングと量子シミュレーションへの応用を可能にする。
エンタングルメント強化メトロジーと高スループットプロテオミクスの展望を定量的に論じる。
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