氮空位中心晶体中自旋压缩
量子物理
2025-10-22 v1 无序系统与神经网络
介观与纳米尺度物理
统计力学
摘要
自旋压缩态是量子力学关联结构可被控制以产生计量学上有用纠缠的典型例子。此类压缩态已在广泛的人工量子系统中实现，从光腔中的原子到囊禁离子晶体。相比之下，尽管氮空位（NV）中心晶体自旋集合在实用传感器方面具有诸多优势，但尚未受到足够精确的控制以生成如自旋压缩等的特定纠缠。在本文中，我们展示了在固态自旋系统中首次实现自旋压缩的实验结果。我们的实验在室温下进行，针对强相互作用的NV中心晶体集合，利用NV之间天然的磁偶极-偶极相互作用产生压缩态（-0.5 ± 0.1 dB）。为在固态自旋系统中生成与检测压缩态，我们克服了诸多关键挑战。首先，我们发展出一种新方法，利用启用噪声谱学来表征系统中的量子投影噪声，而无需直接解析自旋概率分布。其次，鉴于自旋缺陷的随机位置严重限制了自旋压缩的生成，我们实施了两项策略以隔离相对有序NV子集合的动力学。我们的结果为利用固体中光活性自旋的宏观集合实现纠缠增强计量学指明了道路。
引用
@article{arxiv.2503.14585,
title = {Spin squeezing in an ensemble of nitrogen-vacancy centers in diamond},
author = {Weijie Wu and Emily J. Davis and Lillian B. Hughes and Bingtian Ye and Zilin Wang and Dominik Kufel and Tasuku Ono and Simon A. Meynell and Maxwell Block and Che Liu and Haopu Yang and Ania C. Bleszynski Jayich and Norman Y. Yao},
journal= {arXiv preprint arXiv:2503.14585},
year = {2025}
}