論文の概要: From Single Spins to Ensembles: A Calibrated Symbolic Regression Pipeline for NV Spectroscopy
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2610.35016v1
- Date: Mon, 26 Oct 2026 08:29:07 GMT
- ステータス: 翻訳完了
- システム内更新日: 2026-10-27 22:27:13.79571
- Title: From Single Spins to Ensembles: A Calibrated Symbolic Regression Pipeline for NV Spectroscopy
- Title（参考訳）: 単一スピンからアンサンブル:NV分光のための校正シンボリック回帰パイプライン
- Abstract要約: 単一中心スピン構造をキャリブレーションしたアンサンブルモデルに伝達するシンボリック・レグレッション・パイプラインを開発した。
制約付き探索は、単一中心光検出磁気共鳴スペクトルからエルミート作用素項を選択する。
エンサンブルキャリブレーションは、共鳴シフト、局所障害、配向、光学応答を考慮に入れている。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.4999814847776097
- License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
- Abstract: Characterizing nitrogen-vacancy (NV) ensembles requires connecting their collective spectra to individual centers that experience different local environments. We develop a symbolic-regression pipeline that carries single-center spin structure into a calibrated ensemble model by generating individual spectral responses and combining them with explicit weights. A constrained search selects Hermitian operator terms from single-center optically detected magnetic resonance spectra, fits their coefficients, and retains the selected expressions as source models for the ensemble. Ensemble calibration then accounts for resonance shifts, local disorder, orientation, and optical response while keeping the individual spectral contributions accessible. On public single-center and ensemble data, the zero-field ensemble held-frequency root-mean-square error decreases from 0.008835 to 0.003872 in normalized photoluminescence, a 56.2% improvement over matched uncorrected composition. In controlled QuTiP ensembles of 128 sites spanning four NV orientations, models calibrated at 0 and 3 mT predict an independently held-out 5.17 mT spectrum with errors of 0.000207-0.000228 across three random seeds, comparable to the 0.000200 noise standard deviation. Resolving the simulated response into its individual-center contributions shows how local spectral diversity combines into the ensemble line shape. By retaining the source Hamiltonians while calibrating sample-dependent spectral differences, the pipeline connects local spin physics to collective optical readout and makes the contributions to an ensemble line shape available for physical interpretation.
- Abstract（参考訳）: 窒素空洞(NV)のアンサンブルを特徴づけるためには、それぞれのスペクトルを異なる環境を経験する個々の中心に結びつける必要がある。
我々は、個々のスペクトル応答を生成し、それらを明示的な重みと組み合わせることで、単一中心スピン構造をキャリブレーションされたアンサンブルモデルに伝達するシンボリック・レグレッションパイプラインを開発する。
制約付き探索は、単一中心光検出磁気共鳴スペクトルからエルミート作用素項を選択し、それらの係数に適合し、選択した式をアンサンブルのソースモデルとして保持する。
アンサンブルキャリブレーションは、共鳴シフト、局所障害、配向、光学応答を考慮し、個々のスペクトルコントリビューションはアクセス可能である。
公的な単一中心とアンサンブルのデータでは、ゼロフィールドの保持周波数のルート平均二乗誤差は、正規化フォトルミネッセンスにおいて0.008835から0.003872に減少し、一致しない組成よりも56.2%改善した。
4つのNV配向にまたがる128のサイトからなる制御されたQuTiPアンサンブルでは、0と3mTで調整されたモデルは、0.000200ノイズ標準偏差に匹敵する3つのランダムシードに対して0.000207-0.000228の誤差で、独立に保持される5.17mTスペクトルを予測する。
シミュレーションされた応答を個々の中心に分解すると、局所的なスペクトルの多様性がアンサンブル線の形状にどのように結合するかがわかる。
サンプル依存性のスペクトル差を測りながら源となるハミルトニアンを保持することにより、パイプラインは局所スピン物理学と集合的な光学的読み出しを結び、物理的解釈のためにアンサンブル線形状に寄与する。
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