論文の概要: Annual-modulation fingerprint of the axion wind induced sideband triplet in quantum dot spin qubit sensors

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2511.03630v1
• Date: Wed, 05 Nov 2025 16:49:24 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2025-11-06 18:19:32.492731
• Title: Annual-modulation fingerprint of the axion wind induced sideband triplet in quantum dot spin qubit sensors
• Title（参考訳）: 量子ドットスピン量子ビットセンサにおける軸方向風によるサイドバンド三重項の年次変化指紋
• Authors: Xiangjun Tan, Zhanning Wang,
• Abstract要約: 本稿では,アキションまたはアキション様粒子(ALP)と電子スピンの結合を探索する位相コヒーレント狭帯域磁気センサを提案する。 繰り返しラムゼーエコーシーケンスと分散読み出しにより、qubitプリセッション応答はサブHzスペクトル分解能で追跡できる。 以上の結果から,スピン量子磁気学は天体物理学的な考察によって示唆されるような感度を達成できることが示唆された。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
• License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
• Abstract: We propose a phase-coherent, narrowband magnetometer for searching couplings between axions or axion-like particles (ALPs) and electron spins, using gate-defined silicon quantum-dot spin qubits. With repeated Ramsey echo sequences and dispersive readout, the qubit precession response can be tracked with sub-Hz spectral resolution. The accessible axion mass window is determined using a series of filtering protocols that take into account sensing noise, including readout errors and $1/f$ noise. We demonstrate clear evidence of sidereal modulation of the signal due to Earth's rotation, while Earth's orbital motion produces an annual amplitude envelope that generates sidebands at fixed frequency spacing $\pm \Omega_\oplus$ around the sidereal component. For axion masses between $1$-$10~\mu{\rm eV}$, the proposed method covers axion-electron coupling strengths $g_{ae}$ ranging from $10^{-14}$ to $10^{-10}$. Including both daily and annual modulation patterns in the likelihood analysis enhances the rejection of stationary or instrumental noise. Our results indicate that spin-qubit magnetometry can achieve sensitivities approaching those suggested by astrophysical considerations, providing a complementary, laboratory-based probe of axion-electron interactions. Although we focus on silicon spin-qubit architectures, the approach is broadly applicable to spin-based quantum sensors.
• Abstract（参考訳）: ゲート定義シリコン量子ドットスピン量子ビットを用いて、アキションまたはアキション様粒子(ALP)と電子スピンのカップリングを探索する位相コヒーレント狭帯域磁気センサを提案する。 繰り返しラムゼーエコーシーケンスと分散読み出しにより、qubitプリセッション応答はサブHzスペクトル分解能で追跡できる。 アクシオンマスウィンドウは、読み出し誤差や1/f$ノイズを含む、センシングノイズを考慮した一連のフィルタリングプロトコルを用いて決定される。 我々は、地球の自転による信号のサイドリアル変調の明確な証拠を示し、地球の軌道運動は、サイドリアル成分の周囲に$\pm \Omega_\oplus$の固定周波数でサイドバンドを生成する年1回の振幅エンベロープを生成する。 1-$10~\mu{\rm eV}$の公約質量に対して、提案法は軸-電子結合強度を$g_{ae}$10^{-14}$から$10^{-10}$の範囲でカバーする。 日ごとの変調パターンと年々の変調パターンを含め、確率分析は定常雑音や楽器雑音の拒絶を促進する。 以上の結果から,スピン量子磁気学は天体物理学的な考察によって示唆されるものに近づく感度を達成できることが示唆された。 シリコンスピン量子ビットアーキテクチャに焦点をあてるが、このアプローチはスピンベースの量子センサーに広く適用できる。

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