微波相位噪声对金刚石量子感测的影响

对氮空位（NV）中心电子自旋预cession的精密光测量是众多应用的基础。最需要高灵敏度的应用，如飞秒特斯拉计量，需要能够在亚毫赫兹水平测量 GHz 自旋跃迁频率的变化，对应于比 10^{-12} 更好的分数分辨率。本文研究了微波（MW）相位噪声对 NV 感测器响应的影响。微波波形相位的波动会导致 NV 自旋态的意外旋转。这些波动在光读取信号中被移入，如果未被抑制，将与磁场噪声难以区分。我们表明，几种常见商业微波发生器的相位噪声会导致有效的 pT s^{1/2}-范围噪声底，随着微波载波频率和脉冲序列检测频率的变化而变化。数据由包含微波相位噪声谱和感测协议滤波函数响应的频域模型描述。对于注入的白色和随机漫步相位噪声，观察到的 NV 磁噪声底由简洁的解析表达式描述，这些表达式准确地捕捉了脉冲序列长度和 π 脉冲数量的标度。我们概述了几种抑制微波相位噪声影响的策略，并实现了一个基于梯度测量的方案，可实现 >10 倍的抑制。本研究突显了追求灵敏金刚石量子传感器的重要挑战，适用于具有大跃迁频率的其他量子比特系统。