非易失性量子存储器实现传感器不受限的有限量子系统纳米尺度谱学
量子物理
2017-10-20 v1 介观与纳米尺度物理
摘要
在纳米尺度计量应用中，测量通常受限于传感器的性能。这里我们表明，在利用金刚石中单个氮空位（NV）中心进行的核磁共振（NMR）波谱测量中，NV传感器电子自旋将光谱分辨率限制在几百赫兹，从而限制了有限自旋系统的表征和相干控制，并且不足以实现以单分子识别及其结构分析为目标的高分辨率NMR波谱学。为克服这一限制，我们以核自旋量子比特作为量子和经典存储器，支持NV电子自旋传感器实现对计量信息的中间非易失性存储，同时抑制传感器对被研究系统的有害反作用。我们在环境条件下分别展示了量子和经典存储器的寿命为8毫秒和4分钟。此外，我们设计并测试了能够高效利用此类存储量子比特的测量与解耦协议。使用我们的混合量子-经典传感器装置，我们实现了单自旋线宽低至13 Hz的高分辨率NMR谱。因此，我们的工作是实现纳米尺度量子系统直至单分子水平的高分辨率NMR波谱学的前提条件。
引用
@article{arxiv.1610.05675,
title = {Nonvolatile quantum memory enables sensor unlimited nanoscale spectroscopy of finite quantum systems},
author = {Matthias Pfender and Nabeel Aslam and Hitoshi Sumiya and Shinobu Onoda and Philipp Neumann and Junichi Isoya and Carlos Meriles and Jörg Wrachtrup},
journal= {arXiv preprint arXiv:1610.05675},
year = {2017}
}
备注
6 pages paper, 8 pages appendix, 7 figures