Fugu-MT 論文翻訳(概要): Robust Diamond Quantum Sensing in Double-Quantum 4-Ramsey Interferometry by Dual-Feedback Scheme

論文の概要: Robust Diamond Quantum Sensing in Double-Quantum 4-Ramsey Interferometry by Dual-Feedback Scheme

arxiv url: http://arxiv.org/abs/2610.05907v1
Date: Mon, 05 Oct 2026 07:22:42 GMT
ステータス: 翻訳完了
システム内更新日: 2026-10-10 03:18:36.163152
Title: Robust Diamond Quantum Sensing in Double-Quantum 4-Ramsey Interferometry by Dual-Feedback Scheme
Title（参考訳）: Dual-Feedback Schemeによる2量子4-Ramsey干渉計におけるロバストダイヤモンド量子センシング
Abstract要約: デュアルフィードバックシステムを統合することにより,高感度で長期安定なダイヤモンド量子磁気センサを開発した。極端に弱い磁場信号を検出するには、信号対雑音比を高めるために広範な信号蓄積が必要である。長期連続センシングでは, 積分時間Tによる1/T1/2スケーリングが期待され, 振幅および波形歪みの過小評価が防止された。
参考スコア（独自算出の注目度）: 2.266952919557113
License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
Abstract: We developed a highly sensitive and long-term stable diamond quantum magnetometer by integrating a dual-feedback system that compensates for common- and differential-mode frequency shifts in double-quantum (DQ) 4-Ramsey interferometry. Detecting extremely weak magnetic-field signals requires extensive signal accumulation to enhance the signal-to-noise ratio. However, deviations from the optimal operating frequencies caused by thermal drift or environmental magnetic noise severely hinder the long-term stability of such a sensing system. To overcome the limitation, we first derived analytical solutions for the signal response to common- and differential-mode detunings based on a detuning-inclusive Hamiltonian to theoretically clarify the robustness limit in DQ 4-Ramsey sensing. Guided by this theoretical model, we introduced synchronized frequency modulation and a dual-feedback scheme to independently track and compensate for these frequency shifts while maintaining an optimal magnetic-field response. The proposed method enabled stable continuous operation against temperature variations of 2.8 K. By maintaining a magnetic field sensitivity of 7.0 pT/Hz^1/2 in the frequency range of 5-100 Hz for a prolonged duration of 4 hours, we achieved an extremely low noise floor of 64 fT/Hz^1/2. During prolonged continuous sensing, the system exhibited the expected 1/T^1/2 scaling with integration time T, and prevented both the underestimation of amplitude and waveform distortion. These results establish a robust approach for long-term DQ 4-Ramsey diamond magnetometry and demonstrate its potential for detecting weak biomagnetic signals.
Abstract（参考訳）: 二重量子(DQ)4-ラムゼー干渉計において、共振モードと差動モードの周波数シフトを補償するデュアルフィードバックシステムを統合することにより、高感度で長期安定なダイヤモンド量子磁気センサを開発した。極端に弱い磁場信号を検出するには、信号対雑音比を高めるために広範な信号蓄積が必要である。しかし、熱ドリフトや環境磁気ノイズによる最適動作周波数からのずれは、そのようなセンシングシステムの長期的安定性を著しく損なう。この限界を克服するために、我々はまず、DQ 4-Ramseyセンシングのロバスト性限界を理論的に解明するために、デチューニング包含ハミルトニアンに基づく共通モードと微分モードのデチューニングに対する信号応答の解析解を導出した。この理論モデルにより、最適磁場応答を維持しつつ、これらの周波数シフトを独立に追跡・補償する同期周波数変調とデュアルフィードバック方式を導入した。提案手法は2.8Kの温度変化に対して安定な連続動作を実現し, 長時間5-100Hzの周波数範囲で7.0pT/Hz^1/2の磁場感度を維持することにより, 64fT/Hz^1/2の極低騒音床を実現した。長期連続センシングでは, 積分時間Tによる1/T^1/2のスケーリングが期待され, 振幅および波形歪みの過小評価が防止された。これらの結果は、長期DQ 4-ランジーダイヤモンド磁気測定のための堅牢なアプローチを確立し、弱い生体磁気信号を検出する可能性を示している。

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