論文の概要: Quantum Magnetometry with Orientation beyond Steady-State Limits in Cavity-Magnon Systems

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2604.27608v1
• Date: Thu, 30 Apr 2026 09:00:03 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2026-05-01 16:31:54.009579
• Title: Quantum Magnetometry with Orientation beyond Steady-State Limits in Cavity-Magnon Systems
• Title（参考訳）: キャビティ・マグノン系における定常限界を超える配向を持つ量子磁気計測
• Authors: Zheng Liu, Ding-hui Xu, Yi-jia Yang, Chang-shui Yu,
• Abstract要約: キャビティ・マグノンシステムのための過渡量子センシングフレームワークを提案する。 残余な初期量子相関は、短時間の信号-雑音比を大幅に向上させることができることを示す。 この結果は、スケーラブルで高精度で多次元の量子磁気学への統一的な経路を確立する。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 3.7474502478967238
• License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
• Abstract: We present a transient quantum sensing framework for cavity-magnon systems that circumvents the inevitable loss of initial-state quantum properties plaguing conventional steady-state protocols. Explicitly incorporating finite-time dynamics and adopting an engineered steady state as the initial condition, we derive the exact transient noise spectrum. We show that residual initial quantum correlations alone can drastically enhance the short-time signal-to-noise ratio (SNR) beyond that achievable with unsqueezed steady-state schemes. Through analysis of the transient spectral density and joint measurements of orthogonal cavity quadratures, we realize crosstalk-free reconstruction of all three magnetic field components, enabling orientation of magnetic signals. In the long-time limit, our theory yields a closed-form stationary noise spectrum and uncovers a resonance condition $g_{am}=\sqrt{κ_aκ_m}/2$, where cavity field quantum noise is fully canceled without requiring strong coherent coupling. Away from this resonance, injected squeezing further suppresses cavity induced noise and broadens the detection bandwidth. Extending the framework to an array of $N$ yttrium iron garnet (YIG) spheres generates a collective bright mode, with magnon-probe noise scaling as $1/N$. Our results establish a unified route to scalable, high precision, multidimensional quantum magnetometry using cavity-magnon platforms.
• Abstract（参考訳）: 本稿では,従来の定常状態プロトコルを応用した初期状態量子特性の損失を回避するために,空洞-マグノン系の過渡的量子センシングフレームワークを提案する。 有限時間力学を具現化し, 工学的定常状態を初期条件として適用することにより, 正確な過渡雑音スペクトルを導出する。 残余の初期量子相関だけでは、待ちきれない定常的スキームで達成可能な短時間信号-雑音比(SNR)を大幅に向上できることを示す。 直交キャビティの過渡スペクトル密度の解析と連成測定により、3つの磁場成分のクロストークのない再構成を実現し、磁気信号の配向を可能にした。 長時間の極限において、我々の理論は閉形式定常雑音スペクトルを生成し、共振条件 $g_{am}=\sqrt{κ_aκ_m}/2$ を明らかにする。 この共鳴とは別に、注入されたスクイージングはキャビティ誘導ノイズをさらに抑制し、検出帯域幅を拡大する。 フレームワークを$N$ yttrium iron garnet (YIG) 球の配列に拡張すると、Magnon-probeノイズスケーリングを1/N$とする集合的な明るいモードが生成される。 この結果は,キャビティ・マグノン・プラットフォームを用いたスケーラブルで高精度な多次元量子磁気計測への統一的な経路を確立する。

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