論文の概要: Quantum Sensing with Triplet Pair States: A Theoretical Study

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2603.29509v2
• Date: Wed, 01 Apr 2026 09:00:57 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2026-04-02 16:44:31.623502
• Title: Quantum Sensing with Triplet Pair States: A Theoretical Study
• Title（参考訳）: 三重項ペア状態による量子センシング : 理論的研究
• Authors: Maria Grazia Concilio, Yiwen Wang, Siyuan Wang, Xueqian Kong,
• Abstract要約: 光励起ペンタセン二量体におけるスピン偏極クインテット多様体の量子センシング効果をモデル化する。 核スピンの小さなアンサンブルを検出するために,二量体構造が優れた相互作用断面積を提供する可能性が示唆された。 本研究では,高スピン多励起状態を化学調整可能な高感度量子プローブとして利用するための理論ベースラインを確立する。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 17.13618275128378
• License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
• Abstract: Molecular quantum sensors represent a promising frontier for the detection of nuclear magnetic resonance signals and alternating current magnetic fields at the nanoscale, potentially reaching single-proton sensitivity. Although the triplet states of molecular pentacene provide a viable sensing architecture, the triplet pair states produced by singlet fission of pentacene dimers could enable more flexible quantum manipulations through entanglement. In this work, we model the quantum sensing efficacy of a spin-polarized quintet manifold in a photoexcited pentacene dimer generated via intramolecular singlet fission. Using a Lindblad master equation approach, we simulate the evolution of the triplet pair state under standard dynamical decoupling sequences, including spin echo, XY4, and XY8 and provide a direct performance comparison to the traditional pentacene monomer benchmark. While both architectures exhibit comparable sensitivity for isolated single-spin detection, our findings indicate that the dimer architecture provides a superior interaction cross-section for detecting small ensembles of nuclear spins. Analytical expressions derived for fluorescence modulation demonstrate that sensitivity is optimized in the low-magnetic field regime and scales with the number of pulses in the sensing protocol. This study establishes a theoretical baseline for utilizing high-spin multi-excitonic states as chemically tunable, high-sensitivity quantum probes.
• Abstract（参考訳）: 分子量子センサーは、核磁気共鳴信号の検出とナノスケールでの交流磁場の交互化のための有望なフロンティアであり、シングルプロトン感度に達する可能性がある。 分子ペンタセンの三重項状態は検出可能なアーキテクチャを提供するが、五重項二量体の一重項分裂によって生成される三重項ペア状態は、絡み合いによってより柔軟な量子操作を可能にする。 本研究では, 分子内一重項核分裂によって生じる光励起ペンタセン二量体におけるスピン偏極クインテット多様体の量子センシング効果をモデル化する。 リンドブラッドマスター方程式を用いて、スピンエコー、XY4、XY8を含む標準的な動的疎結合配列の下でのトリプレットペア状態の進化をシミュレートし、従来のペンタセンモノマーベンチマークと直接の性能比較を行う。 両アーキテクチャは孤立単スピン検出の感度に匹敵する感度を示すが,我々はダイマーアーキテクチャが核スピンの小さなアンサンブルを検出するのに優れた相互作用断面積を提供することを示した。 蛍光変調法で導かれる解析式は、低磁場状態において感度が最適化され、センシングプロトコルのパルス数とともにスケールすることを示した。 本研究では,高スピン多励起状態を化学調整可能な高感度量子プローブとして利用するための理論ベースラインを確立する。

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