通过弱测量追踪单个核自旋的进动
量子物理
2019-04-15 v2
摘要
核磁共振(NMR)光谱学是一种用于分析分子结构与功能、以及对自旋密度进行三维成像的强大技术。NMR谱仪的核心是对电磁信号的探测,该信号以自由感应衰减(FID)信号的形式,由绕外加磁场进动的原子核产生。虽然传统NMR需要来自1e12或更多原子核的信号,但灵敏磁强计的最新进展已大幅将该数目降低至可探测少数甚至单个核自旋的水平。一个自然的问题是,连续FID探测在单自旋水平是否仍然适用,或者量子反作用是否会改变甚至抑制NMR响应。在此我们报道利用周期性弱测量追踪单核自旋进动。我们的实验系统由金刚石中的碳-13核自旋组成,它们与附近氮空位中心的电子自旋弱相互作用,后者作为光学可读的计量量子比特。我们观测并最小化了量子反作用的两个重要效应:测量诱导退相干以及与采样时钟的频率同步。我们利用周期性弱测量展示了对具有先验未知频率的多个核自旋的灵敏、高分辨率NMR光谱学。我们的方法可能为在原子分辨率下实现单分子NMR提供最佳途径。
引用
@article{arxiv.1806.08243,
title = {Tracking the precession of single nuclear spins by weak measurements},
author = {K. S. Cujia and J. M. Boss and K. Herb and J. Zopes and C. L. Degen},
journal= {arXiv preprint arXiv:1806.08243},
year = {2019}
}
备注
29 pages including methods and extended data figures; for supplementary material, see v1 of this submission