基于量子动力学响应的 NV 色心金刚石磁强计：对退相干的鲁棒性及在磁性纳米颗粒运动检测中的应用

我们提出一种新颖的量子传感协议，利用物理可观测量对量子系统猝灭的动力学响应。具体而言，我们使用金刚石中的氮空位（NV）色心通过量子响应实现标量与矢量磁强计。此外，我们提出一种检测磁性纳米颗粒运动的方法，这用传统基于干涉的传感器难以实现。为此，我们推导了对应于 NV 色心的 Berry 曲率的闭合精确形式，并设计猝灭协议以通过动力学响应提取 Berry 曲率。通过构造并求解非线性方程，可推断出磁性纳米颗粒的磁场与瞬时运动速度。我们研究了在存在退相干情况下该传感方案的可行性，并通过数值模拟表明其对退相干具有鲁棒性。有趣的是，我们观察到金刚石中核自旋极化的消失实际上有利于我们的动态传感方案，这与传统的基于 Ramsey 的方案形成对比。与基于 Ramsey 的传感方案相比，我们提出的方案只要其时间依赖性近乎绝热，便可传感任意时变磁场。