Correlated quantum measurement of a solid-state qubit
我们提出了一个固态实验来研究量子比特态的连续量子测量过程。该实验将验证单个量子位在测量过程中保持相干（与整体平均密度矩阵的逐渐退相干相反），从而确认通过连续测量进行量子位纯化的可能性。该实验可以使用量子点、单电子晶体管或SQUID来实现。
2000-08-01 cond-mat.mes-hall quant-ph
Nanoscale Sensing of Solid-State Samples with High Frequency Resolution
University of the Basque Country UPV/EHU（巴斯克大学）；Technical University of Munich（慕尼黑工业大学）
本文提出量子控制协议，通过同步旋转磁场与定制射频去耦和微波控制，克服固态环境挑战，实现纳米级各向同性化学位移检测。
2026-04-29 quant-ph
Improved quantum sensing with a single solid-state spin via spin-to-charge conversion
在室温下有效地光学读出单个固态电子自旋是纳米量子传感的关键挑战。在这里，我们应用自旋-电荷转换技术，以提高在室温下的金刚石中的一个单一的氮空位（NV）色心的光学自旋状态读出，在NV自旋相干时间没有退化。我们证明了一个数量级的改善，每次拍摄的自旋读出噪声和约五个因素的改善，在AC磁力灵敏度，相比，传统的NV自旋状态的光学读出方法。这种改进在广泛适用的块状金刚石系统中实现。我们表明，选择成功的电荷状态初始化导致可能进一步提高灵敏度。该技术非常适合于涉及低占空比脉冲信号的感测应用，在生物磁测量中，长的死区时间需要优化每次拍摄的灵敏度。
2017-11-06 cond-mat.mes-hall quant-ph
Exponential entanglement advantage in sensing correlated noise
Joint Center for Quantum Information and Computer Science, NIST/University of Maryland（量子信息与计算机科学联合中心，美国国家标准与技术研究院/马里兰大学）；Department of Physics, Harvard University（哈佛大学物理系）；Joint Quantum Institute, NIST/University of Maryland（量子信息联合研究所，美国国家标准与技术研究院/马里兰大学）；IBM Quantum, IBM T.J. Watson Research Center（IBM量子，IBM托马斯·J·沃森研究中心）；Department of Physics, Korea Advanced Institute of Science and Technology（韩国科学技术院物理系）
本研究针对关联噪声传感问题，提出纠缠可在Lindblad退相干参数估计中带来指数级灵敏度提升，开辟了基于纠缠的传感优势新路径，可用于量子器件退相干表征与多体关联相探测。
2026-10-12 quant-ph
Exponential advantage in quantum sensing of correlated parameters
Cornell University（康奈尔大学）；NTT Research, Inc.（NTT研究所）
本文提出利用纠缠量子传感器在相关随机参数的分类和估计任务中实现指数优势，相较于经典传感器的二次优势。
2025-12-23 quant-ph
Quantum Logic Enhanced Sensing in Solid-State Spin Ensembles
我们证明了量子逻辑增强的灵敏度为宏观系综的固态，混合双量子位传感器。我们实现了信噪比提高30倍，转化为超过一个数量级的灵敏度增强。使用金刚石中氮空位（NV）中心的电子自旋作为传感器，我们利用NV中心的原位氮核自旋作为存储量子位，结合均匀的偏置和控制场，确保所有的${\sim}10^9$双量子位传感器足够相同以允许NV系综自旋状态的全局控制。我们发现量子逻辑的灵敏度增强多个测量协议与不同的最佳感测间隔，包括XY 8动态去耦和相关光谱，使用合成的AC磁场。结果是独立的目标信号的性质，并广泛适用于使用NV中心和其他固态合奏计量。这项工作提供了一个基准宏观合奏的量子传感器，采用量子逻辑或量子纠错算法，以提高灵敏度。
2022-03-23 physics.app-ph quant-ph
Robust quantum control for the manipulation of solid-state spins
固体中电子自旋的鲁棒和高保真控制是促进固态自旋在量子信息处理和量子传感中应用的基石。然而，由于来自环境和控制场的各种噪声的存在，尾旋系统的精确控制总是具有挑战性的。在此，噪声弹性量子门，设计与鲁棒最优控制（ROC）算法，实验证明与氮空位（NV）中心的钻石，以实现定制的鲁棒性失谐和拉比错误的同时。在存在10%的非共振失谐和拉比频率偏差的情况下，我们实现了高达99.97%的平均单量子比特门保真度。实验还表明，基于ROC的多脉冲量子传感序列能够有效抑制由于微波脉冲的有限宽度和不完美性而导致的虚假响应，为提高现有多脉冲量子传感序列的性能提供了一种有效的策略.
2022-05-05 quant-ph
Sensing coherent phonon dynamics in solids with delayed even harmonics
Max-Planck-Institut für Physik komplexer Systeme（马克斯·普朗克复杂系统物理研究所）；School of Nuclear Science and Technology, Lanzhou University（兰州大学核科学与技术学院）；School of Physics, Ningxia University（宁夏大学物理学院）
通过延迟偶数谐波研究固体中相干声子动力学，揭示其在动态破坏反演对称性系统中的应用潜力。
2026-03-10 physics.optics quant-ph
Quantum-Enhanced Sensing of Excited-State Dynamics with Correlated Photons
City University of Hong Kong（香港城市大学）；University of California, Irvine（加州大学尔湾分校）；City University of Hong Kong, Shenzhen Research Institute（香港城市大学深圳研究院）
本研究利用可调谱关联的压缩光子发展瞬态吸收方案，通过微观理论揭示传统方案无法实现的高时间-能量分辨能力，并应用于单层过渡金属二硫化物材料实现谷激子实时监测，同时发现中等压缩区域最有利于时间分辨光谱，为光催化和光电子学中的非平衡动力学研究提供了新范式。
2026-05-28 physics.chem-ph quant-ph
Mapping a 50-spin-qubit network through correlated sensing
针对自旋网络规模受限于光谱分辨率的问题，本文利用金刚石单氮-空位中心和高分辨率相关传感方案，开发级联双共振序列映射了50个耦合自旋网络，为量子模拟和纳米尺度成像提供了新机遇。
2024-07-30 cond-mat.mes-hall quant-ph
Quantum sensing of electron beams using solid-state spins
本文提出利用金刚石NV-中心作为量子传感器探测聚束电子束，通过自旋弛豫测量建立耦合强度上限，为自由电子-量子比特耦合提供计量基准。
2025-09-09 physics.acc-ph physics.optics quant-ph
Entanglement advantage in sensing power-law spatiotemporal noise correlations
Joint Center for Quantum Information and Computer Science, NIST/University of Maryland（量子信息与计算机科学联合中心，美国国家标准与技术研究院/马里兰大学）；Joint Quantum Institute, NIST/University of Maryland（量子联合研究所，美国国家标准与技术研究院/马里兰大学）；Pritzker School of Molecular Engineering, University of Chicago（普里茨克分子工程学院，芝加哥大学）
本文研究了量子传感器在感知具有幂律时空相关性的噪声时的纠缠优势，推导了标量纠缠优势的条件，并展示了非马尔可夫性对纠缠优势的影响。
2026-03-16 cond-mat.mes-hall quant-ph
Nanoscale Sensing and Quantum Coherence
小的固态量子比特，最突出的是固体中的单自旋，可以是从磁场到温度的各种物理量的显着传感器。他们将大块半导体的性能封装到纳米级器件中，有时小到单个原子。这篇评论是对这一概念的最低限度的介绍。它给出了一个简短的总结量子相干性，拉姆齐光谱和推导的“标准量子极限”的灵敏度，一个单量子比特传感器可以达到。它接着讨论了令人惊讶的改进，动态解耦带来了，并得出结论，展望该领域的主要前沿。
2019-06-11 quant-ph
Position-correlated biphoton wavefront sensing for quantum adaptive imaging
本文提出位置关联双光子夏克-哈特曼波前传感方法，通过微透镜阵列后焦平面质心分布重建相位，实现单次拍摄的量子自适应成像，实验验证了抗塑料薄膜扰动能力。
2025-09-09 physics.optics quant-ph
Investigation and comparison of measurement schemes in the low frequency biosensing regime using solid-state defect centers
金刚石中的固态缺陷集合体是具有高灵敏度和时空分辨率的量子传感器。跨这种集合的不均匀加宽和驱动幅度变化取决于所使用的感测方案而对灵敏度具有不同的影响，这增加了为特定感测机制选择最佳感测方案的挑战。在这项工作中，我们数值研究和比较的预测灵敏度的计划的基础上连续波（CW）光检测磁共振（ODMR）光谱，π脉冲ODMR和拉姆齐干涉测量传感使用氮空位中心在低频（<10 kHz）范围内的典型信号从生物源。我们发现，非均匀加宽有最强的影响的灵敏度的拉姆齐干涉，和驱动振幅变化的影响最小的CW ODMR的灵敏度，与拉比频率的所有方法的约束。根据我们的结果，我们可以确定三个不同的感兴趣区域。对于小于0.3 MHz的非均匀加宽，典型的钻石用于最先进的传感实验，拉姆齐干涉法产生最高的灵敏度。在非均匀展宽大于0.3MHz的情况下，例如对于标准光学级金刚石或小型化集成器件，驱动幅度变化决定了要使用的最佳协议。对于低到中等的驱动幅度变化，使用π脉冲ODMR达到最高灵敏度。对于高驱动幅度变化，与宽视场显微成像相关，CW ODMR可以产生最佳的感测性能。
2021-09-27 physics.app-ph quant-ph
Selective addressing of solid-state spins at the nanoscale via magnetic resonance frequency encoding
金刚石中的氮空位（NV）中心是纳米级传感和成像以及固态量子信息处理的领先平台。到目前为止，已经证明了在纳米尺度上对两个NV电子自旋的单独控制。然而，一个关键的挑战是将这种控制扩展到NV自旋阵列。在这里，我们应用纳米级磁共振频率编码，以实现网站选择性寻址和一致性控制的四个网站阵列的NV自旋。阵列中的位点间隔100 nm，每个位点含有间隔约15 nm的多个NV。在金刚石芯片上制造的微线圈提供约0.1 G/nm的电可调磁场梯度。梯度场和共振微波的定制应用允许位点选择性NV自旋操纵和感测应用，包括拉比振荡、成像和具有纳米级分辨率的核磁共振（NMR）光谱。基于微线圈的固态自旋磁共振为量子辅助传感、量子信息处理和纳米自旋网络的研究提供了一个实用的平台。
2016-10-20 cond-mat.mes-hall quant-ph
Ultralong spin coherence times for rubidium atoms in solid parahydrogen via dynamical decoupling
相干时间是量子传感、量子信息和量子计算的重要参数。在这项工作中，我们证明了电子自旋相干时间长达0.1秒的铷原子被困在一个固体仲氢矩阵的合奏。我们探讨潜在的物理限制的相干时间。这些矩阵孤立原子的性质是非常有前途的未来应用，包括核自旋的量子传感。如果与有效的单原子读出相结合，这将使核磁共振和磁共振成像的单分子与碱金属原子量子传感器共捕获在仲氢矩阵。
2020-07-20 physics.atom-ph quant-ph
A Pulsed Live-Cell Quantum Microscope for Entangled Solid State and Biological Qubits
University of California, Irvine（加州大学尔湾分校）；Texas A&M University（德克萨斯农工大学）
研究将生物量子比特与固态自旋基量子比特结合于同一显微镜平台，通过脉冲量子显微镜实现对活细胞中两种量子比特的量子态同时操纵，为活细胞量子传感带来新机遇。
2026-07-07 quant-ph
Solid-state platform for cooperative quantum dynamics driven by correlated emission
本文建立固态自旋缺陷系综与共同磁库涨落相互作用的多体动力学理论框架，揭示铁磁浴诱导的超辐射与亚辐射协同现象，并证明其对无序和热涨落具有鲁棒性，为固态量子传感与多体纠缠生成奠定基础。
2025-07-04 quant-ph
Ramsey Interferometry in Correlated Quantum Noise Environments
我们量化的时空相关的高斯量子噪声的影响频率估计的拉姆齐干涉。虽然在经典的噪声环境中的相关性可以被利用，以减少相对于不相关的情况下的不确定性，我们表明，量子噪声环境与频率不对称的频谱一般会引入额外的来源的不确定性，由于不受控制的纠缠的传感系统介导的浴。对于玻色子源的集体噪声和实验相关的集体自旋观测值的代表性情况下，我们发现，不确定性可以随探针的数量呈指数增加。作为一个具体的应用，我们表明，由于晶格振动模式的相关量子噪声可以排除超经典的精度标度在电流振幅传感实验与囚禁离子。
2018-08-30 quant-ph
Sensing phase-transitions via nitrogen-vacancy centers in diamond
由于液体与表面的相互作用，表面上的超薄液体层的行为与散装液体不同。一些例子是扩散性质和发生液-固相变的温度的显著变化。事实上，分子动力学模拟表明，即使在室温以上，金刚石表面的薄层水也可以保持固态。然而，由于所涉及的体积小，用现有技术通过实验来检查这些现象是非常困难的。在这种情况下，浅NV中心有望成为一种高灵敏度的工具，用于研究沉积在金刚石表面上的液体和固体发出的磁信号。此外，NV中心是非侵入式传感器，即使在室温下也具有非凡的性能。为此，我们在这里提出了一个理论工作，补充了基于玻色化技术的数值证据，预测从一个单一的NV中心的可测量的信号时，在不同的配置与大型自旋浴相互作用。因此，我们建议单NV中心作为传感器能够解决结构水功能在纳米级，甚至敏感的相变。
2017-10-26 quant-ph
Compressed Sensing Measurement of Long-Range Correlated Noise
长程相关误差会严重影响噪声中尺度量子器件的性能和容错量子计算。表征这些误差对于通过校准和误差校正提高这些设备的性能以及确保正确解释结果非常重要。我们提出了一种用于检测两个量子比特相关的失相误差的压缩传感方法，仅假设相关性是稀疏的（即，最多S对量子位具有相关误差，其中S ≤ N（n-1）/2，并且N是量子位的总数）。特别地，我们的方法可以检测系统中任何两个量子位之间的长程相关性（即，相关性不限于几何局部的）。我们的方法具有高度可扩展性：它需要少至m = O（s log n）的测量设置，以及基于凸优化的高效经典后处理。此外，当m = O（s log^4（n））时，我们的方法对噪声具有高度鲁棒性，并且具有O（max（n，s）^2 log^4（n））的样本复杂度，可以与具有O（n^3）的样本复杂度的传统方法进行比较。因此，当相关性足够稀疏时，即当s < O（n^（3/2）/ log^2（n））时，我们的方法是有利的。我们的方法在小系统尺寸的数值模拟中也表现良好，并且对状态准备和测量（SPAM）误差有一定的抵抗力。我们方法中的关键成分是一种新型的压缩传感测量，它通过在量子比特的随机子集上制备纠缠Greenberger-Horne-Zeilinger态（GHZ态），并以高精度测量它们的衰减率来工作。
2021-05-26 cs.IT math.IT math.ST
Signal amplification in a solid-state quantum sensor via asymmetric time-reversal of many-body dynamics
本研究在高密度NV中心固态室温量子传感器中，通过量子化轴动力学调控与Floquet工程构建时间反演双轴扭曲相互作用，实现多体信号放大，发现最优放大对应反向演化时间为正向两倍的规律，揭示其时间反演镜像对称机制，推动实用纠缠增强量子传感发展。
2025-03-18 cond-mat.dis-nn quant-ph
Quantum sensing of local magnetic field texture in strongly correlated electron systems under extreme conditions
强关联电子系统的一个重要特征是非常规超导和奇异磁性等有趣的基态之间的可调谐性。压力是一个干净、连续和系统的调整参数。然而，由于高压设备引入的限制可及性，具有足够灵敏度的兼容磁场传感器是罕见的。这极大地限制了压力诱导现象的检测和详细研究。在这里，我们利用金刚石中的氮空位（NV）中心作为一个强大的，空间分辨的矢量场传感器，用于在低温压力下的材料研究。以BaFe_2（As_（0：59）P_（0：41））_2单晶为例，求出了超导转变温度（Tc）、迈斯纳态的局域磁场分布和临界场（H_c_1和H_c_2）。在这项工作中开发的方法将成为调谐，探测和理解量子多体系统的独特工具。
2018-12-25 cond-mat.mes-hall cond-mat.str-el cond-mat.supr-con
Correlated Quantum Sensing at the Seemingly Classical Limit
Tata Institute of Fundamental Research（塔塔基础研究所）
本文提出利用高质量谐振量子探测器在看似经典的大量子数极限下，通过关联计数、零差和外差检测策略，以及对称相关器统计测试，来探测弱相互作用辐射场的量子统计特性，并类比于量子引力中的谐振质量四极振荡器。
2026-06-01 gr-qc hep-th quant-ph
Decay of highly-correlated spin states in a dipolar-coupled solid
我们测量了立方氟化钙（CaF_2）自旋系统和氟磷灰石准一维系统中NMR多重量子相干性强度在内部偶极哈密顿量下以及当这种相互作用有效地平均为零时的衰减。在氟化钙中，衰变率既取决于团簇中相关自旋的数量，也取决于相干数。对于较小的团簇，衰变强烈依赖于相干数，但这种依赖性减弱的团簇的大小增加。当在通常的塞曼或z基和x基中测量相干分布时，观察到相同的缩放。在一维氟磷灰石系统的相干性衰减没有改变显着的多量子生长时间的函数，在对比的氟化钙的情况下。虽然相干阶数的增长在这种情况下受到严格限制，但相关自旋的数量应该会继续增长，尽管速度会更慢。观察到所有相干强度随时间呈高斯函数衰减。在所有情况下，所观察到的衰变的标准偏差似乎与相干数成线性比例。
2006-08-29 cond-mat.other quant-ph
Optimal estimation of conjugate shifts in position and momentum by classically correlated probes and measurements
由于位置和动量的同时和非平凡的小变化，多参数估计是必要的力传感。因此，设计允许同时估计所有参数的量子探针是一项重要的任务。量子谐振子位置和动量共轭变化的最佳估计方法是利用纠缠态或量子非高斯态的探针。我们表明，同样的结果可以得到一个更可行的方式，采用独立的不同压缩高斯状态的经典相关的位置或动量测量。该结果表明，探针状态和直接适用于力感测的测量值之间的经典相关性具有未经探索的力量
2022-08-02 quant-ph
Optimized quantum sensing with a single electron spin using real-time adaptive measurements
基于单固态自旋的量子传感器有望实现灵敏度和空间分辨率的独特组合。传感的关键挑战是在给定时间内以高动态范围实现最小的估计不确定性。自适应策略已被提出来实现最佳性能，但其在固态系统中的实施一直受到严格的实验要求的阻碍。在这里，我们实现了自适应直流传感相结合的单次读出的电子自旋在金刚石与快速反馈。通过调整自旋读出的基础上，在实时以前的成果，我们证明了灵敏度在拉姆齐干涉超过标准的测量限制。此外，我们发现，通过模拟和实验，自适应协议提供了一个独特的优势，最有名的非自适应协议时，考虑到开销和有限的估计时间。使用优化的自适应协议，我们实现了$6.1 \pm 1.7$ nT *Hz $^{-1/2}$在1.78 mT的宽范围内的磁场灵敏度。这些结果开辟了一类新的实验固态传感器中的测量历史的实时知识被利用，以获得最佳性能。
2015-08-18 cond-mat.mes-hall quant-ph
Determination of the Position of a Single Nuclear Spin from Free Nuclear Precessions Detected by a Solid-State Quantum Sensor
我们报告了一种纳米级量子传感协议，该协议跟踪单个核自旋的自由旋进，并能够估计目标核的方位角--标准多脉冲协议无法确定的参数。我们的协议结合了脉冲动态核极化，相位控制的射频脉冲，和多脉冲交流传感序列与修改后的读出脉冲。使用一个单一的氮空位中心作为固态量子传感器，我们在实验上证明了该协议的一个单一的13 C核自旋在金刚石和唯一确定的晶格位置的目标核。我们的结果为单分子水平的磁共振成像铺平了道路。
2018-06-15 cond-mat.mes-hall quant-ph
Dispersive Microwave Sensing for Quantum Computing with Floating Electrons
本研究开发了低温微波源和基于谐振器的读出技术，用于在低温基板上实现漂浮电子作为量子比特的测量。
2026-01-29 cond-mat.mes-hall quant-ph
Heralded Emission Detection in InAs/ZnSe Quantum Dot Solids Using Time-Correlated Photons
University of California, Berkeley（加州大学伯克利分校）；Lawrence Berkeley National Lab（劳伦斯伯克利国家实验室）；The Hebrew University of Jerusalem（耶路撒冷希伯来大学）
本研究利用超导纳米线单光子探测器和大面积光电二极管，在低温下实现InAs/ZnSe量子点固体的 heralded 发射检测，揭示了激子寿命和精细结构能级分裂，为量子光谱学提供了新的研究平台。
2025-11-29 cond-mat.mes-hall physics.optics quant-ph
Quantum memory assisted precision rotation sensing
我们建议通过采用多体量子自旋系统来实现固态旋转传感器，该多体量子自旋系统利用了电子自旋的易控制性和集体核自旋态提供的鲁棒性。该传感器由一个中心电子自旋耦合到许多周围的核自旋。以前，这种中心自旋系统被认为可以实现量子存储器。在这里，我们进一步利用集体核自旋，它存储了一定的量子态，以检测宏观旋转。与其他基于核自旋的陀螺仪不同的是，我们的方案不直接通过核磁共振技术操纵核自旋。我们分析和数值研究的影响，部分核极化和退相干的灵敏度。我们还简要介绍了通过量子存储技术在核自旋之间产生纠缠以及利用这种纠缠来提高传感性能的过程。我们的建议铺平了道路，实验实现一个紧凑的固态，全电和自旋陀螺仪。
2020-01-08 quant-ph
A Solid-State Microwave Magnetometer with Picotesla-Level Sensitivity
使用氮空位（NV）中心系综的低频磁场的量子传感已经在多个实验中被证明，灵敏度低至$\sim$ 1 pT/ $\sqrt{\text{Hz}}$。然而，到目前为止，在GHz政权与NV金刚石的高频磁力示范是数量级的灵敏度较低，以上的nT/ $\sqrt{\text{Hz}}$水平。在这里，我们适应微波频率技术，使高性能，低频量子传感器。使用定制生长的NV富集金刚石结合设计用于高频传感的噪声消除方案，我们展示了一种基于Rabi序列的磁力计，能够检测2.87 GHz附近的微波场，记录灵敏度为3.4 pT/ $\sqrt{\textrm{Hz}}$。我们演示了幅度和相位检测和项目的可调谐性超过300 MHz的频率范围。这一结果增加了NV集成作为微波电路成像器和天线的近场探头的可行性。
2022-06-30 cond-mat.mes-hall physics.app-ph quant-ph
Solid state source of non-classical photon pairs with embedded multimode quantum memory
光子量子比特之间量子关联的产生和分布是量子信息科学的关键资源。对于量子网络和量子中继器中的应用，需要将这些量子相关性存储在量子存储器中。在2001年，Duan，Lukin，Cirac，and Zoller（DLCZ）提出了一个在原子气体中结合相关光子对源和量子存储器的方案，这使得基本量子网络的快速发展成为可能。在这封信中，我们展示了一个固态源的相关光子对嵌入自旋波量子存储器，使用稀土掺杂晶体。我们展示了光子之间强的量子或相关性，高到足以进行量子通信。与原来的DLCZ建议，我们的计划是固有的多模感谢一个内置的rephasing机制，使我们能够证明存储的11个时间模式。这些结果代表了使用固态资源实现复杂量子网络架构的重要一步。
2017-08-22 quant-ph
Cavity-enhanced solid-state nuclear spin gyroscope
本文提出利用协同腔量子电动力学耦合与NV超精细子空间双场干涉实现核自旋高效直接读出，并将其用于惯性传感，使旋转灵敏度较以往固态自旋方案提升三个数量级。
2025-02-03 quant-ph
Nanoscale Sensing Using Point Defects in Single-Crystal Diamond: Recent Progress on Nitrogen Vacancy Center-Based Sensors
固体中的单个发光点缺陷，即所谓的色心，是原子大小的量子系统，能够以纳米级的空间分辨率进行传感和成像。在这篇综述中，我们介绍了纳米级传感的基础上个别氮空位（NV）中心的钻石。我们讨论了该领域的两个主要挑战：第一，在单晶金刚石表面以下小于10 nm的高度相干的浅NV中心的创建。第二，尖端状光子纳米结构的制造，使有效的荧光收集，并可用于扫描探针成像的基础上的色心与纳米级的分辨率。
2017-05-10 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci quant-ph
High-sensitivity quantum sensing with pump-enhanced spontaneous parametric down-conversion
近年来，量子传感概念的发展利用了基于由自发参量下转换（SPDC）产生的相关光子对的非线性干涉仪。使用远离频率简并的SPDC允许在用于最强样品相互作用的中红外光子和用于低噪声检测的相关近红外光子之间进行“分工”。然而，由SPDC提供的少量光子和由此产生的较差的信噪比是阻碍新颖感测概念的广泛适用性的限制因素。在这里，我们展示了一个非线性干涉仪泵浦增强SPDC的基础上，大大提高了发射率，但保持宽带，自发发射。为了验证这一概念，我们展示了具有近红外检测的高分辨率中红外光谱，展示了提高的准确性。虽然中红外光子的数量比经典光谱仪小大约五个数量级，但量子光谱仪的灵敏度变得相当，这标志着迈向现实世界应用的重要一步。
2022-08-16 physics.optics quant-ph
Solid-state electronic spin coherence time approaching one second
固态电子自旋系统，例如金刚石中的氮空位（NV）色心，在量子信息、传感和计量学方面有着广阔的应用前景。然而，这种固态系统的一个关键挑战是实现比量子自旋操纵协议的时间长得多的自旋相干时间。在这里，我们证明了超过两个数量级的改善，在自旋相干时间（$T_2$）的NV中心相比，以前的测量：$T_2 \approx 0.5$ s在77 K，这使得$\sim 10^7$相干NV自旋操作之前退相干。我们采用动态去耦脉冲序列来抑制由于磁噪声引起的NV自旋退相干，并发现在很宽的温度范围内，$T_2$仅限于纵向自旋弛豫时间（$T_1$）的大约一半，这归因于声子诱导的退相干。我们的结果适用于NV自旋的集合，并且不依赖于特定NV的最佳选择，这可以推进量子传感，使压缩和多体纠缠在固态自旋集合中，并打开一条路径来模拟大范围的驱动，相互作用主导的量子多体哈密顿量。
2012-12-06 cond-mat.mes-hall quant-ph
SU(1,1)-type light-atom correlated interferometer
利用光与原子集体激发的量子关联，用原子的集体激发代替光学SU（1，1）干涉仪的一个臂，构成SU（1，1）型光-原子混合干涉仪。相位敏感探针不仅包括光场，还包括干涉仪内部原子的集体激发。对于相干压缩态作为相位敏感光场，在最佳条件下，相位敏感度接近海森堡极限。我们还研究了光场损失和原子激发失相对相位灵敏度的影响。由于这种干涉仪中包含了非线性过程，它们可以耦合多种不同的波，形成新型的混合干涉仪，这为利用混合干涉仪进行基本测量提供了一种新的方法。
2015-08-29 quant-ph
Overcoming frequency resolution limits using a solid-state spin quantum sensor
Ulm University（乌尔姆大学）；Huazhong University of Science and Technology（华中科技大学）；The Hebrew University of Jerusalem（耶路撒冷希伯来大学）；AWS Center for Quantum Computing（AWS量子计算中心）
利用固态自旋量子传感器实现超分辨频率分辨，通过消除量子投影噪声提升分辨率至$t^{-2}$，实现亚赫兹精度。
2025-12-25 quant-ph
Quantum correlation in disordered spin systems: entanglement and applications to magnetic sensing
我们提出了一种在固体中随机放置的偶极耦合电子自旋集合中产生多体纠缠态的策略。通过使用相干控制来限制演化到合适的集体子空间，该方法使得即使对于随机定位的自旋也能够制备类GHZ和自旋压缩态，同时还保护纠缠态免受退相干。我们考虑将这种压缩方法应用于提高基于金刚石中氮空位自旋量子比特的纳米磁强计的灵敏度。
2009-04-17 quant-ph
Self-protected nanoscale thermometry based on spin defects in silicon carbide
基于固体电子自旋的量子传感器由于其纳米级的空间分辨率而引起了人们的广泛兴趣。抑制固体自旋传感器的环境噪声是一个关键的要求。本文介绍了一种基于碳化硅（SiC）电子自旋的纳米级温度计。实验证明，由于自保护机制，自旋传感器的性能对失相具有鲁棒性。SiC温度测量可以提供用于在噪声环境中进行感测（例如，生物系统感测）的有前景的平台。
2017-04-11 physics.optics quant-ph
Correlated Dephasing Noise in Single-photon Scattering
我们发展了一个理论框架来描述光子对具有任意关联退相噪声的二能级量子发射体的散射。这与具有固态发射器的波导QED设置特别相关，例如超导量子比特或量子点，其除了沿着波导传播光子之外还耦合到复杂的退相环境。结合输入输出理论和随机方法，我们预测了弱相干输入下单光子传输实验中的关联退相效应。我们讨论零差检测和光子计数的散射光子，并表明，这两种测量给出的单光子透射率的模量和相位，尽管存在噪声和耗散。此外，我们证明，这些光谱测量包含相同的信息作为标准的时间分辨拉姆齐干涉，因此，它们可以用来充分表征噪声的相关性，而无需直接访问发射器。该方法的例证与范例相关的失相模型，如彩色高斯噪声，白噪声，电报噪声，和1/f噪声，通常遇到的固态环境。
2018-10-29 cond-mat.mes-hall quant-ph
Enhancing the robustness of dynamical decoupling sequences with correlated random phases
我们表明，在最近开发的随机动态解耦脉冲序列方法中添加相关相位[物理评论快报122，200403（2019）]可以提高其在量子传感中的性能。特别地，通过在动态解耦序列中关联基本脉冲单元的相对相位，我们能够改善对由于$π$脉冲缺陷引起的信号失真和由于有限宽度$π$脉冲引起的寄生响应的抑制。这增强了量子传感器的选择性，例如基于金刚石中的NV中心的那些。
2020-03-30 quant-ph
Fast wide-field quantum sensor based on solid-state spins integrated with a SPAD array
针对现有量子平台灵敏度或速度不足的问题，本文将SPAD阵列与金刚石NV色心集成，构建了帧率达100 kHz的快速宽场量子传感器，并实验验证了磁场、温度、应变等多参量成像能力。
2023-02-27 physics.ins-det quant-ph
Quantum-enhanced multiparameter estimation and compressed sensing of a field
我们表明，通过测量1D或2D信号的Hadamard系数，在多参数估计中可以获得对应于压缩或过压缩自旋态的显着量子增益。我们所考虑的物理平台是由处于压缩-莫特组态的光晶格中的两能级原子组成，或者更一般地说，是由分布在空间分离模式中的相关自旋组成。我们的协议需要局部翻转自旋的可能性，但依赖于集体测量。我们给出了标量或向量场映射和压缩感知的应用程序的例子。
2022-08-01 cond-mat.quant-gas quant-ph
Dissipative superradiant spin amplifier for enhanced quantum sensing
利用$N$两能级系统和拉姆齐式测量的集合的量子精密测量协议是普遍存在的。然而，在许多情况下，过量的读出噪声严重降低测量灵敏度;特别是在基于固态缺陷自旋的集合的传感器中。我们提出了一个耗散的“自旋放大”协议，允许一个显着提高这种计划的灵敏度，即使在现实的内在耗散和噪声的存在下。我们的方法是基于利用集体（即，超辐射）自旋衰变，这是一种通常被视为讨厌的效应，因为它限制了自旋挤压协议。我们表明，我们的方法可以允许一个系统与一个非常不完美的自旋读出接近SQL样缩放$N$在两个因素，而不需要改变实际的读出机制。我们的想法与几个最先进的实验平台兼容，其中固态自旋（NV中心，SiV中心）的合奏耦合到一个共同的微波或机械模式。
2022-12-04 cond-mat.mes-hall quant-ph
Dipolar quantum solids emerging in a Hubbard quantum simulator
本研究利用超冷磁性铒原子在Hubbard量子模拟器中实现了长程偶极相互作用，观察到从超流体到偶极量子固体的相变及多种条纹有序态，为模拟长程相互作用晶格模型开辟了新途径。
2023-08-03 cond-mat.quant-gas physics.atom-ph quant-ph
Overcoming Quantum Metrology Singularity through Sequential Measurements
Institute of Fundamental and Frontier Sciences, University of Electronic Science and Technology of China（电子科技大学基础与前沿研究院）
本文通过顺序测量策略克服量子传感中的奇点问题，实现多参数的同时估计。
2025-11-30 cond-mat.str-el quant-ph
Robust AC vector sensing at zero magnetic field with pentacene
Massachusetts Institute of Technology（麻省理工学院）；Peking University（北京大学）；Paul Scherrer Institute（保罗谢尔研究所）；University of Pennsylvania（宾夕法尼亚大学）
利用氘化五苯基分子在零磁场下实现高灵敏度微波矢量传感，通过各向异性自旋三重态跃迁检测实现三维微波场重构，提出相位交替协议提升相干时间与灵敏度。
2025-12-22 cond-mat.mes-hall physics.app-ph quant-ph
Broadband diffraction of correlated photons from crystal superlattices
宽带量子相关光子源为量子精密测量、传感和通信提供了宝贵的资源。在这里，我们报告的频率非简并自发参量下转换在一个定制设计的锂超晶格的光谱宽带相关光子的产生。超晶格诱导的非线性干涉，导致实验观察到的梳状发射跨越0.060 μ m和1.4 μ m的光谱带宽分别在0.647 μ m和3.0 μ m波长。除了有用的技术应用，我们的概念提供了一个有趣的类比之间的光学衍射量子和经典光学。
2021-10-13 physics.optics quant-ph
Cooperative non-reciprocal emission and quantum sensing of symmetry breaking
本研究探索了耦合到共享bath的qubit系综的量子多体动力学，发现对称性破缺的固态bath能诱导非互易耦合与空间不对称发射，从而实现无需外部调制的协同非互易传输及新型量子传感。
2024-11-16 cond-mat.mes-hall cond-mat.other quant-ph
Ab initio Quantum Simulation of Strongly Correlated Materials with Quantum Embedding
本文提出在周期密度矩阵嵌入理论基础上引入基于轨道的多片段方法，显著缩小固态材料量子模拟的问题规模，并在氢链、氮化硼和氧化镍等体系上验证了其准确性与效率，为近期量子设备模拟真实强关联材料开辟了新路径。
2023-02-16 cond-mat.str-el cond-mat.supr-con quant-ph
Extending Radiowave Frequency Detection Range with Dressed States of Solid-State Spin Ensembles
针对固态自旋量子传感器PDD协议频率上限仅数MHz的问题，本文提出基于NV系综缀饰态的连续动力学解耦方法，实现约85 MHz射频探测，并结合外差同步协议获得高光谱分辨率。
2024-10-22 physics.app-ph physics.chem-ph quant-ph
