量子传感器用于探测非平稳与非马尔可夫环境

量子传感器对纳米尺度磁力荡动具有卓越的灵敏度，其中非平稳效应——如自旋扩散——以及源于与少数环境自由度耦合的非马尔可夫动力学发挥关键作用。由于完全重建现实自旋浴的微观结构往往不可行，实际挑战在于识别实际编码于传感器退相干信号中的动力学特征。本文展示了如何通过量子传感器来操作性地表征环境噪声的统计性质，区分平稳与非平稳行为，以及马尔可夫与非马尔可夫动力学。以氮空位 (NV) 中心于金刚石中作为平台，我们构建了捕获与传感器可观测量相关的现实环境关键动力学特征的物理噪声模型——该模型独立于微观浴细节——并为不同情形下的 Ramsey 衰减提供解析预测。这些预测通过可调相关属性的受控噪声注入进行实验验证。我们的结果展示了量子传感器在无需完全重建浴微观结构的情况下隔离并识别复杂环境关键动力学特性的能力。本工作阐明了非平稳性和非马尔可夫行为在纳米尺度上的操作性特征，为利用环境动力学实现退相干抑制并提升量子感应奠定了基础。