論文の概要: QDsiM: A Noise-Aware Simulation Toolkit for Quantum Diamond Microscope
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2601.11649v1
- Date: Thu, 15 Jan 2026 09:13:39 GMT
- ステータス: 翻訳完了
- システム内更新日: 2026-01-21 22:47:22.249954
- Title: QDsiM: A Noise-Aware Simulation Toolkit for Quantum Diamond Microscope
- Title（参考訳）: QDsiM:量子ダイヤモンド顕微鏡のためのノイズ対応シミュレーションツールキット
- Authors: Satyam Pandey, Abhimanyu Magapu, Prabhat Anand, Ankit Khandelwal, M. Girish Chandra,
- Abstract要約: ダイヤモンド中の窒素空孔(NV)中心は、室温量子磁気学のための主要な固体プラットフォームである。
NV中心アンサンブルにおける連続波広視野ODMRのための総合シミュレーションフレームワークを提案する。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 10.814244923718405
- License: http://creativecommons.org/licenses/by-nc-sa/4.0/
- Abstract: The nitrogen-vacancy (NV) center in diamond is a leading solid-state platform for room-temperature quantum magnetometry owing to its long spin coherence times, optical spin initialization and readout, and high sensitivity to magnetic, electric, and thermal perturbations. As NV-based optically detected magnetic resonance (ODMR) systems transition from controlled laboratory environments toward portable and field-deployable sensors, a detailed understanding of realistic noise sources and experimental imperfections becomes essential for optimizing performance and sensitivity. In this work, we present a comprehensive simulation framework, i.e., a digital twin, for continuous-wave wide-field ODMR in NV-center ensembles. The model is built upon a physically consistent seven-level description of the NV center and incorporates a broad range of experimentally relevant noise and imperfection mechanisms as modular, parameterized components. These include laser and microwave amplitude fluctuations, microwave phase noise, uncertainty in the NV gyromagnetic ratio, spin dephasing, temperature-induced shifts of the ground-state zero-field splitting, surface-induced magnetic field perturbations, and photon shot noise. Power broadening and contrast degradation arising from optical and microwave driving are captured self-consistently through linewidth calculations. Also, the spatial inhomogeneity is modeled via a Gaussian laser intensity profile across the sensing region...
- Abstract（参考訳）: ダイヤモンド中の窒素空孔(NV)中心は、長いスピンコヒーレンス時間、光スピンの初期化と読み出し、磁気、電気、熱の摂動に対する高い感度のため、室温の量子磁気メトリーのための主要な固体プラットフォームである。
NVベースの光磁気共鳴(ODMR)システムは、制御された実験室環境から可搬性および電界分解性センサーへと遷移するので、性能と感度を最適化するためには、現実的なノイズ源と実験上の欠陥の詳細な理解が不可欠である。
本研究では,NV中心アンサンブルにおける連続波広視野ODMRのための総合シミュレーションフレームワーク,すなわちディジタルツインを提案する。
このモデルは、NV中心の物理的に一貫した7レベル記述の上に構築され、様々な実験的なノイズと不完全化機構をモジュラーなパラメータ化コンポーネントとして組み込んでいる。
例えば、レーザーとマイクロ波の振幅変動、マイクロ波位相ノイズ、NVジャイロ磁気比の不確実性、スピンデフォーカス、地中ゼロフィールド分割の温度誘起シフト、表面誘起磁場摂動、光子ショットノイズなどがある。
光およびマイクロ波駆動によるパワー拡張とコントラスト劣化は、線形幅計算により自己整合的に捕捉される。
また、空間的不均一性は、センシング領域を横断するガウスレーザー強度プロファイルによってモデル化される。
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