論文の概要: Direct Observation of Dipolar-Driven Anisotropic Quantum Projection Noise in a Solid-State Spin Ensemble

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2609.16106v1
• Date: Mon, 14 Sep 2026 18:00:00 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2026-09-16 14:56:08.15492
• Title: Direct Observation of Dipolar-Driven Anisotropic Quantum Projection Noise in a Solid-State Spin Ensemble
• Title（参考訳）: 固体スピンアンサンブルにおける双極子駆動型異方性量子射影ノイズの直接観察
• Abstract要約: ダイヤモンド中の窒素空孔中心は、顕著な量子センシングプラットフォームである。 我々は、NV中心の強い相互作用を持つ2次元アンサンブルの量子射影雑音分解読解を実証する。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 8.21207402752698
• License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
• Abstract: The nitrogen-vacancy (NV) center in diamond is a prominent quantum-sensing platform. Combining readout at the quantum projection noise limit with strong dipolar interactions promises substantial gains in sensitivity. However, experimentally accessing this regime has remained a longstanding challenge. In this work, we demonstrate quantum-projection-noise-resolved readout of a strongly-interacting, two-dimensional ensemble of NV centers. Our approach leverages repetitive readout via the NV's intrinsic $^{15}$N nuclear memory at a moderate magnetic field ($\sim 0.3$ T), improving the readout fidelities by nearly an order of magnitude. This enables us to directly resolve the quantum projection noise of a coherent spin state and to watch the ensemble's intrinsic dipolar interactions shear this noise into an anisotropic profile. Our results open the door to direct measurements of spin squeezing and entanglement-enhanced sensing in the solid state.
• Abstract（参考訳）: ダイヤモンド中の窒素空孔(NV)中心は、顕著な量子センシングプラットフォームである。 量子射影雑音限界での読み出しと強い双極子相互作用を組み合わせることで、感度は大幅に向上する。 しかし、この体制に実験的にアクセスすることは長年にわたる課題である。 本研究では,NV中心の強い相互作用を持つ2次元アンサンブルの量子射影ノイズ分解読解を実証する。 我々のアプローチは、NVの固有の$^{15}$N核メモリを適度な磁場($\sim 0.3$T)で繰り返し読み出しを行い、読み出し精度をほぼ1桁改善する。 これにより、コヒーレントスピン状態の量子射影ノイズを直接解決し、アンサンブルの固有双極子相互作用がこのノイズを異方性プロファイルにせん断するのを見ることができる。 その結果, 固体中におけるスピンスクイーズおよび絡み合い増強センシングの直接測定への扉が開けられた。

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