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【期刊】JPhysD编辑优选:一种基于极大似然估计的氮空位色心系综自旋读出方法

JPhysD 蔻享学术 2022-09-26


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本篇研究来自北京航空航天大学袁珩教授带领的课题组,研究提出了一种新型的估计方法,用于金刚石NV色心系宗的电子自旋读出。利用该方法,自旋读出的精度可以达到Cramér-Rao极限,实现更高的自旋读出效率。

文章介绍

An improved spin readout for nitrogen vacancy center ensemble based on a maximum likelihood estimation method

Jixing Zhang, Lixia Xu, Tao Shi, Guodong Bian, Pengcheng Fan, Mingxin Li1,Peirong Chen, Chang Xu, Ning Zhang and Heng Yuan


通讯作者:

  • 袁珩 北京航空航天大学


DOI:

https://doi.org/10.1088/1361-6463/aba7de


在这项工作中,基于最大似然估计(MLE)提出了一种使用荧光动力学的自旋读出方法,以提高金刚石氮空位(NV)中心的脉冲自旋读出精度。与传统的光子求和方法相比,该估计方法可以达到Cramér-Rao极限,并使光子散粒噪声限制的自旋读出精度提高20%。通过使用金刚石NV色心的速率方程模型,可以获得荧光动力学的精确解。此外,根据速率方程模型与荧光动力学,自旋和泵浦光功率的关系,提供了一种实用的MLE读出方案,该方案能够区分自旋读出信息和经典噪声。与传统方法相比,经典噪声抑制能力可提高300倍。可以预期,MLE方法有效地提高基于金刚石NV色心的量子传感性能。

研究背景:


金刚石NV色心近年来受到科学家的广泛关注。基于金刚石NV色心的量子传感,量子计算,基础物理理论研究以及微观核磁共振研究等都是近些年的研究热点。由于金刚石NV色心的自旋读出是实现上述应用的基础,因此,对金刚石NV色心自旋读出的性能研究有重要意义。现有的金刚石NV色心自旋光读出方法受限于光子散粒噪声,具有信噪比低等问题。本研究针对该问题进行研究,提出提高自旋读出性能的方法。


作者介绍

袁珩 研究员

北京航空航天大学

袁珩,北京航空航天大学前沿科学技术创新研究院研究员,从事量子传感技术(主要针对惯性测量与磁场测量)、微纳传感芯片技术研究工作,中国仪器仪表学会量子传感与精密测量仪器分会理事、传感器分会理事,IEEE Industrial Electronics Society Technical Committee on Industrial Informatics(IEEE工业电子学会工业信息学技术委员会委员)。“惯性技术”国家级重点实验室、“量子传感技术”工信部重点实验室、“中英量子传感技术”北京市国际合作基地、“极弱磁测量技术”教育部重点实验室成员。


期刊介绍




文章来源:“IOP出版社”公众号


Journal of Physics D: Applied Physics

2019年影响因子:3.169


Journal of Physics D: Applied PhysicsJPhysD, 《物理学报D:应用物理》)发表应用物理各领域的前沿研究和综述,具体包括:应用磁学和磁性材料、半导体和光子学、低温等离子体和等离子表面相互作用、凝聚态物理、表面科学和纳米结构、生物物理以及能源等六个领域。文章类型包括原创性论文、研究路线图、通讯以及每年针对热点研究的专题综述和特刊。



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