腔增强固态核自旋陀螺仪

基于金刚石中氮-空位（NV）中心系综的固态量子传感器已成为精密传感应用的强大工具。核自旋传感器特别适用于需要长相干时间的应用，例如惯性传感，但由于控制复杂性和有限的光学读出效率，其研究仍不充分。在这项工作中，我们提出利用协同腔量子电动力学（cQED）耦合来实现高效的核自旋读出。与以往用于增强电子自旋读出的cQED方法不同，我们在此利用NV超精细子空间中的双场干涉来直接探测核自旋跃迁。我们对核自旋NV-cQED系统（nNV-cQED）进行建模，并观察到几种不同的机制，包括电磁诱导透明、无粒子数反转的微波激射以及振荡行为。随后，我们评估了nNV-cQED系统作为惯性传感器的性能，结果表明其旋转灵敏度比之前的固态自旋演示提高了三个数量级。此外，我们表明NV电子自旋可以同时用作共磁力仪，并且NV的四个晶轴可用于在单个nNV-cQED系统中实现矢量分辨。这些结果展示了利用nNV-cQED平台进行两场干涉的应用，为混合NV系统中量子态的操纵与控制提供了关键见解，并为高性能量子传感开启了新的可能性。