基于压缩感知的频率复用磁测量

基于金刚石中单个氮 - 空位 (NV) 缺陷的量子传感器是纳米级磁测量的最先进工具，其精度随总测量时间 $T$ 成反比缩放 $\sigma_{B} \propto 1/T$（海森堡缩放），而不是随 $T$ 的平方根成反比缩放（$\sigma_{B} =1/\sqrt{T}$ 为散粒噪声极限）。这种缩放可以通过结合单次读出技术的自适应或非自适应反馈相位估计算法 (PEAs) 来实现。尽管 PEAs 具有高精度，但其适用范围仅限于涉及单频率且时间涨落可忽略的周期信号。在本文中，我们提出了一种通过压缩感知 (CS) 技术对频率复用信号进行精密磁测量的替代方法。我们表明，CS 可以在单频和频率复用信号的情况下提供近似为 $\sigma_{B} \approx 1/T$ 的精度缩放，同时在动态范围增益基础上将灵敏度提高 5 倍，并减少所需的资源总数。