論文の概要: Three-axis Active Magnetic Compensation with Spatial Feedforward Matrix Decoupling and Hysteresis PI Regulation for Suppressing Zeeman Decoherence of Cold Atom Quantum Memories
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2610.21801v1
- Date: Thu, 15 Oct 2026 12:50:16 GMT
- ステータス: 翻訳完了
- システム内更新日: 2026-10-17 06:09:33.081923
- Title: Three-axis Active Magnetic Compensation with Spatial Feedforward Matrix Decoupling and Hysteresis PI Regulation for Suppressing Zeeman Decoherence of Cold Atom Quantum Memories
- Title（参考訳）: 低温量子メモリのゼーマンデコヒーレンス抑制のための空間フィードフォワードマトリックスデカップリングとヒステリシスPI制御による3軸アクティブ磁気補償
- Abstract要約: 低温軸原子量子メモリは、デコヒーレンスを達成するために、ほぼゼロの磁気環境を必要とする。
磁気干渉に対する協調的フィードバック制御型抑制アーキテクチャを提案する。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 9.590189500046415
- License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
- Abstract: Cold-atom quantum memories require a near-zero magnetic environment (residual field <1 microtesla) to mitigate Zeeman decoherence. Conventional three-axis active compensation suffers from inter-coil crosstalk and geomagnetic drift, which degrade the uniformity and long-term stability of the zero-field region. To address this, we propose a spatiotemporally cooperative feedback-controlled suppression architecture for magnetic interference. An integrally printed three-dimensional orthogonal coil frame mechanically suppresses inter-axis flux leakage. A spatial feedforward inverse matrix is introduced to algorithmically eliminate first-order cross-coupling. A dual-threshold hysteresis incremental-PI controller filters magnetometer quantization fluctuations and avoids frequent small jitter adjustments of coil driving currents. Hardware ablation experiments, long-duration stability tests and spatial magnetic-field mapping were conducted. Experimental results show that during a 714.4 s continuous steady-hold stage, the mean and maximum residual fields at the central point reach 0.112 microtesla and 0.224 microtesla, respectively. The overlapping Allan deviations of all three components remain below 5 nT for averaging times of 1.9-178.2 s. Based on differential-ferrofluid lattice-scan measurements combined with centre-constrained quadratic vector reconstruction and soft Maxwell regularization, a weak-field spatial distribution with an RMS variation of 5.65 microtesla is fitted within a spherical region of interest of radius 5 mm, where 67.5% of the model volume meets the sub-5 microtesla coverage criterion. For a prolate ellipsoidal region matching the atomic-cloud distribution with full axis lengths of 10, 5, and 5 mm, the upper field bound within 93.7% of the volume is 2.68 microtesla.
- Abstract（参考訳）: 低温原子量子メモリはゼーマン・デコヒーレンスを緩和するために、ほぼゼロの磁気環境(残留磁場<1マイクロテスラ)を必要とする。
従来の3軸アクティブな補償はコイル間クロストークと地磁気ドリフトに悩まされ、ゼロフィールド領域の均一性と長期安定性は低下する。
そこで本稿では,磁気干渉に対する時空間協調的フィードバック制御型抑制アーキテクチャを提案する。
積分印刷された3次元直交コイルフレームは、軸間フラックスリークを機械的に抑制する。
空間フィードフォワード逆行列を導入し、アルゴリズムにより一階のクロスカップリングを除去する。
二重閾値ヒステリシスインクリメンタルPIコントローラは磁力計の量子化変動をフィルタし、コイル駆動電流の小さなジッタ調整を頻繁に回避する。
ハードウェアアブレーション実験,長期安定試験,空間磁場マッピングを行った。
実験の結果, 714.4 s s の連続定常保持段階において, 中心点における平均残留場と最大残留場はそれぞれ0.112ミクロテラ, 0.224ミクロテラに達することがわかった。
3つの成分の重なり合うアラン偏差は平均1.9-178.2秒で5nT以下である。
中心拘束2次ベクトル再構成とソフトマックスウェル正則化を併用した微分流体格子走査測定に基づいて、5.65ミクロテラのRMS変動を持つ弱場空間分布を半径5mmの球面領域に配置し、モデル体積の67.5%がサブ5ミクロテラのカバレッジ基準を満たす。
原子雲分布と全軸長10,5,5mmの楕円体領域では、体積の93.7%以内の上限は2.68ミクロテラである。
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