論文の概要: Achieving Sub-Zeptonewton Force Sensitivity and Spin-Motion Entanglement in Levitated Diamond via Pulsed Backaction Evasion
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2603.16487v1
- Date: Tue, 17 Mar 2026 13:14:57 GMT
- ステータス: 翻訳完了
- システム内更新日: 2026-03-18 17:42:07.291757
- Title: Achieving Sub-Zeptonewton Force Sensitivity and Spin-Motion Entanglement in Levitated Diamond via Pulsed Backaction Evasion
- Title（参考訳）: パルスバックアクションによる浮遊ダイヤモンドのサブゼプトニュートン力感度とスピン運動エンタングルメントの達成
- Authors: Gayathrini Premawardhana, Jonathan Beaumariage, M. V. Gurudev Dutt, David Pekker, Thomas Purdy, Jacob M. Taylor,
- Abstract要約: 浮遊ダイヤモンド系におけるサブワントン力センサとロバストスピン・メカニカルエンタングルメントを実現するシステムを提案する。
我々は、標準量子限界を超えるように設計されたプラットフォームを開発する。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
- License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
- Abstract: We propose a system to achieve sub-zeptonewton force sensing and robust spin-mechanical entanglement in a levitated diamond system. By coupling a Nitrogen-Vacancy (NV) center spin to the motion of its host diamond within a magnetic trap, we develop a platform designed to surpass the standard quantum limit. We develop and compare three distinct pulse sequences--Ramsey, Hahn echo, and Carr-Purcell-Meiboom-Gill (CPMG)--to create increasing amounts of backaction evasion while mitigating the effects of shot noise and thermal decoherence. Our results show that the CPMG sequences yield the most significant performance gains, reaching a force sensitivity of better than $10^{-23} \text{ N}/\sqrt{\text{Hz}}$ for broadband sensing around $10^4 \text{ Hz}$. Furthermore, we derive an entanglement witness protocol that accounts for pulsed dynamical decoupling, proving that spin-motion entanglement remains detectable even when occurring much faster than the mechanical period. These findings provide a more practical path for using levitated nanodiamonds both as high-precision sensors and as non-classical mechanical systems for fundamental tests of quantum mechanics.
- Abstract（参考訳）: 浮遊ダイヤモンド系におけるサブゼプトニュートン力センサとロバストスピン・メカニカルエンタングルメントを実現するシステムを提案する。
NV中心スピンを磁気トラップ内でホストダイヤモンドの運動に結合することにより、標準量子限界を超えるように設計されたプラットフォームを開発する。
我々は3つの異なるパルス列(ラムゼー、ハーンエコー、カー・プルセル・メイボーム・ギル(CPMG))を開発し、ショットノイズと熱デコヒーレンスの影響を緩和しながら、バックアクションの回避を増大させる。
以上の結果から,CPMGシーケンスは10^4 \text{ Hz}$あたりのブロードバンドセンシングにおいて10^{-23} \text{N}/\sqrt{\text{Hz}}$以上の力感度に到達した。
さらに、パルス力学的疎結合を考慮に入れた絡み込み証プロトコルを導出し、機械的周期よりもはるかに高速に発生しても、スピンモーション絡みが検出可能であることを証明した。
これらの知見は、量子力学の基礎実験のための高精度センサーと非古典力学システムの両方として、浮遊ナノダイアモンドを使用するためのより実用的な経路を提供する。
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