通过两步优化实现单NV色心的鲁棒磁力测量
量子物理
2022-07-20 v3
摘要
浅层氮-空位（NV）色心是高精度传感应用的有前景的候选者；这些缺陷位于表面以下几纳米处时，能提供原子级分辨率以及可观的灵敏度。然而，金刚石表面的悬挂键和杂质导致了一个复杂的环境，这降低了灵敏度，并且对每个浅层NV色心而言都是独特的。为了避免环境的不利影响，我们应用了基于反馈的量子最优控制。我们首先展示了直接搜索如何改进初始化/读出过程。在第二步中，我们优化了用于脉冲光探测磁共振（ODMR）和Ramsey测量的微波脉冲。在整个灵敏度优化过程中，我们专注于对控制场幅度误差的鲁棒性。这一特性不仅保护了协议的灵敏度免受漂移影响，还扩大了传感体积。由此产生的ODMR测量在控制功率降低83%的情况下，灵敏度低于1μT Hz^(-1/2)，鲁棒性提高了约三分之一。优化后的Ramsey测量产生了低于100 nT Hz^(-1/2)的灵敏度，实现了两倍的灵敏度提升。与单NV磁力测量获得的典型灵敏度相当，所提出的优化策略的互补鲁棒性可能为其他基于NV的应用提供优势。
引用
@article{arxiv.2111.12684,
title = {Robust Magnetometry with Single NV Centers via Two-step Optimization},
author = {Nimba Oshnik and Phila Rembold and Tommaso Calarco and Simone Montangero and Elke Neu and Matthias M. Müller},
journal= {arXiv preprint arXiv:2111.12684},
year = {2022}
}
备注
16 pages, 11 figures