論文の概要: Quantum gyroscope based on three-dimensional rotation induced Berry phase

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2603.19906v1
• Date: Fri, 20 Mar 2026 12:44:27 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2026-03-23 19:48:39.136096
• Title: Quantum gyroscope based on three-dimensional rotation induced Berry phase
• Title（参考訳）: 三次元回転誘起ベリー位相に基づく量子ジャイロスコープ
• Authors: Huaijin Zhang, Zhang-Qi Yin,
• Abstract要約: 三次元回転下での浮遊ダイヤモンドについて検討する。 回転は幾何位相(ベリー位相)に符号化され、強強度位相応答を持つほぼ共鳴状態が同定されることを示す。 これにより、ロバストな幾何学的位相の蓄積が可能となり、従来のデチュードプロトコルと比較して4桁の感度が向上する。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.9668407688201359
• License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
• Abstract: Solid-spin defects in diamond provide long coherence times and room-temperature optical initialization and readout, making them an attractive platform for compact solid-state quantum gyroscopes. A central challenge for NV-based gyroscopes is that the rotation-induced signal is weak, while near-resonant operation, although enhancing the response, can induce nonadiabatic transitions that degrade the accumulated geometric phase and readout fidelity. Here we investigate a levitated diamond under three-dimensional rotation, in which intrinsic ${}^{14}\mathrm{N}$ nuclear spins associated with NV centers act as sensing qubits. We show that the rotation is encoded in a geometric (Berry) phase and identify a near-resonant regime with strongly enhanced phase response. To suppress the resulting nonadiabatic leakage, we introduce a counter-diabatic protocol derived from the Kato gauge potential. This enables robust geometric-phase accumulation and improves the sensitivity by four orders of magnitude relative to the conventional detuned protocol. We further evaluate the achievable sensitivity and the dominant experimental limitations, including decoherence and protocol overhead, thereby establishing a realistic route toward high-performance NV-based solid-state quantum gyroscopes.
• Abstract（参考訳）: ダイヤモンドの固体スピン欠陥は、長いコヒーレンス時間と室温の光学初期化と読み出しを提供し、コンパクトな固体量子ジャイロスコープのための魅力的なプラットフォームとなる。 NVベースのジャイロスコープにおける中心的な課題は、回転誘起信号が弱いことであるが、近共振動作は応答を増強するが、蓄積した幾何位相と読み出し忠実さを低下させる非断熱遷移を誘導することができる。 ここでは、NV中心に付随する固有の${}^{14}\mathrm{N}$核スピンが知覚量子ビットとして作用する3次元回転下での浮遊ダイヤモンドについて検討する。 回転は幾何位相(ベリー位相)に符号化され、強強度位相応答を持つほぼ共鳴状態が同定されることを示す。 そこで本研究では,加藤ゲージ電位から導出した逆断熱プロトコルを提案する。 これにより、ロバストな幾何学的位相の蓄積が可能となり、従来のデチュードプロトコルと比較して4桁の感度が向上する。 我々はさらに、デコヒーレンスやプロトコルオーバーヘッドを含む達成可能な感度と支配的な実験限界を評価し、それによって高性能なNVベースの固体量子ジャイロスコープへの現実的な経路を確立する。

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