Challenges
Datasets
Workspaces
Papers
Discussions
Leaderboard
Log inSign up
Challenges
Datasets
Workspaces
Papers
Discussions
Leaderboard
Blog
Job Board
Q3AS

© 2026 Aqora Quantum S.A.S.

TermsPrivacyLegal Notice

スピン位相緩和がもつれNV対量子センサの感度に与える影響

木村　晃介, 小野田　忍, 大門　俊介, Wataru Kada, 寺地 徳之, Junichi Isoya, 蓮沼　倫弥, 新谷　一騎, 川崎愛理, 花泉　修, 大島 武

Published Sep 19, 2024• 0 citations
OpenAlex

Abstract

量子もつれ状態を用いたセンシングは、標準量子限界(SQL)を超えた感度を実現できる可能性を持つ。我々は、ダイヤモンド中の窒素・空孔センター間のもつれ状態によるセンシングを目指している。しかしながら、もつれ状態は位相緩和の影響を受けやすく、実際の測定環境においてSQLを超えることができるか否かは明らかでない。本研究では、静磁場揺らぎと局所磁場の熱揺らぎについて考慮し、位相緩和が感度に与える影響について議論する。

Related papers

分子イオン注入によって形成した NV センター対の量子もつれ状態生成

木村　晃介, 小野田　忍, Wataru Kada +6 more

ダイヤモンド中のNVセンターは、高感度・高分解能な量子センサへの応用が期待されている。双極子結合したNVセンター対に量子もつれ状態を生成させてセンシングに応用できれば、さらなる高感度測定が実現できる。我々は、NVセンター対を効率的に形成する分子イオン注入法の開発を行ってきた。本発表では、分子イオン注入によって形成したNVセンター対に量子もつれ状態を生成し、その忠実度がどの程度あるか議論する。

•Sep 21, 2023•0 citations

ワイドバンドギャップ半導体を利用した量子センサ開発

小野田 忍, 順一 磯谷, 徳之 寺地 +8 more

ワイドバンドギャップ半導体中の点欠陥には、電子スピンの量子状態を利用した量子センサとして利用できるものがある。近年、ダイヤモンド中のNV（窒素空孔）センターは室温においても利用できることから、様々な量子センサとしての開発が進んでいる。発表では、我々の取り組んでいる量子ビームを利用した量子センサ開発状況について紹介する。

•Mar 1, 2020•0 citations

Dynamical Decoupling法およびDouble Quantum Relaxometry法を用いた ダイヤモンド中の浅いNVセンターを取り巻く環境ノイズの評価

Kimura Kosuke, 小野田　忍, 大門　俊介 +5 more

量子センシングの分野において、量子もつれ状態は、標準量子限界(Standard Quantum Limit: SQL)を破り、ハイゼンベルク限界(Heisenberg Limit: HL)に近づく可能性を秘めている。特に、室温で動作するダイヤモンド中の窒素・空孔(NV)センター配列によるもつれセンシングは、ナノスケール磁場計測において大きな恩恵をもたらすと予想される。しかしながら、任意環境下にてNVセンター間のもつれ状態がSQLを破る感度を実現できるかは、位相緩和の観点から明らかではない。もつれ状態によるSQLの超越のためには、環境ノイズが非マルコフ的な位相緩和の挙動を示す時間領域で、NVセンターの電子スピンを時間発展させる必要がある[1]。この時間領域は環境ノイズの自己相関時間(τc)によって決定される。そのため、NVセンターを取り巻く環境ノイズの起源を探索し、どのような自己相関をもって揺らいでいるか同定することは、NV配列による量子もつれセンシングにおいて重要である。そこで本研究では、Dynamical Decoupling(DD)法[2]とDouble Quantum (DQ) Relaxometry法[3,4]を用いて、環境ノイズの起源について評価した。 DD法によって測定されるNVセンター周辺の環境ノイズは、2つのローレンツ型のパワースペクトル密度(Power Spectral Density: PSD)で特徴付けられる[2]。しかしながら、2つの環境ノイズの起源については、現時点では十分に解明されていない。これまでの研究において、これらの起源は、ダイヤモンド表面の電子スピンバス(低周波ノイズ: τc~ μs)および表面修飾されたフォノン揺らぎ(高周波ノイズ: τc~ ns)に起因すると考察されてきた[2]。一方、B. A. Myersら[3]は、低周波ノイズを表面電荷による電場揺らぎ、高周波ノイズを電子スピンバス由来の磁場揺らぎであると解釈している。 本研究では2つのローレンツ型ノイズの起源を特定するため、DQ Relaxometry法によって推定した電場・歪みノイズを、DD法で測定したノイズスペクトルから差し引いた。これにより、電場・歪みノイズが2つのローレンツ型ノイズにどのように寄与されるか決定できる。FIG. 1(a)にDQ緩和率を測定するパルスシーケンスを示す。これらのパルスシーケンスから得られる蛍光信号(CDQ,-1, CDQ,+1)の差分は指数減衰を示し、その時定数は2Ω+γ (Ω: SQ緩和率、γ: DQ緩和率、FIG. 1(b)参照)で与えられる。測定結果の一例をFIG. 1 (c)に示す。赤色フィッティング曲線からγ=2.3 kHzと計算された。さらに、印加する外部磁場を変化させ、異なるゼーマン分裂条件下においてDQ緩和率を測定し、分裂幅に対応するDQ緩和率の依存性から電場・歪みノイズを推定した。

•Sep 8, 2026•0 citations

２色レーザーパルスにおける位相差シフトのシングルショット計測

遠藤友随, Ryuuji Itakura

基本波と二倍波のコヒーレントな重ね合わせで得られる２色レーザーパルスは、パルス間の位相差φに依存した非対称な電場波形を持つ。これまでにスペクトル干渉を利用した位相差計測法とフィードバック制御を組み合わせ、単分子解離過程の制御を行ってきた。しかしながら、現状の制御周期は 1 Hz 程度とレーザーの繰り返し周波数（1 kHz）と比べて遅く、外乱によって生じる電場波形のふらつきを十分に抑制出来ない。同様の非対称電場波形を持つ搬送波-包絡線位相制御パルスに対しては、シングルショットの位相差計測技術としてstereo-ATIが主に用いられているが、光電子計測のための真空装置が必要である。本研究では、大気中で安価に位相差シフトをシングルショットで計測することを目的とし、マイコン（Arduino Due）を用いた位相差シフトのシングルショット計測装置の開発を行った。

•Sep 8, 2022•0 citations

量子もつれNVセンターを用いた量子磁場センシングへの取り組み

木村　晃介, 小野田　忍, Wataru Kada +6 more

有機化合物イオン注入によって形成されたNVセンター対の量子もつれ状態生成と、量子もつれを用いた磁場センシングについて報告する。共鳴周波数の異なるNVセンター対を用いて、量子もつれ状態を生成し、その忠実度を評価した。忠実度の評価では、考案したパルスシーケンスを用いて量子トモグラフィを測定した。忠実度は0.76と計算され、もつれ状態の生成が確認できた。

•Dec 14, 2023•0 citations

GaNにイオン注入したNdにおける4F3/2 – 4I9/2遷移発光の フォトニック結晶L3共振器による発光レート増強

Shinichirou Satou, 隆男 大音

窒化ガリウム(GaN)半導体に不純物として導入（ドープ）された希土類イオンは、室温でも安定して線幅の狭い発光を示し、電子デバイス化して電気的に制御することもできる上、14種類ある希土類を選択することで光通信波長を含めたさまざまな波長の光を発生できる。したがって、GaNにドープされた希土類イオンは、室温・電気制御・光通信波長帯のすべてを満たす単一光子源のポテンシャルを有しているといえる。しかしながら、希土類イオンの4f殻内発光遷移の自発放出レートはMHz程度であり、他の単一光子源（量子ドット等）と比して劣るという課題がある。本研究では、希土類ドープGaN単一光子源の開発に向け、フォトニック結晶共振器への組み込みによる希土類イオンの発光強度増強を実証した。

•Dec 10, 2024•0 citations
量子もつれ状態を用いたセンシングは、標準量子限界(SQL)を超えた感度を実現できる可能性を持つ。我々は、ダイヤモンド中の窒素・空孔センター間のもつれ状態によるセンシングを目指している。しかしながら、もつれ状態は位相緩和の影響を受けやすく、実際の測定環境においてSQLを超えることができるか否かは明らかでない。本研究では、静磁場揺らぎと局所磁場の熱揺らぎについて考慮し、位相緩和が感度に与える影響について議論する。
ダイヤモンド中のNVセンターは、高感度・高分解能な量子センサへの応用が期待されている。双極子結合したNVセンター対に量子もつれ状態を生成させてセンシングに応用できれば、さらなる高感度測定が実現できる。我々は、NVセンター対を効率的に形成する分子イオン注入法の開発を行ってきた。本発表では、分子イオン注入によって形成したNVセンター対に量子もつれ状態を生成し、その忠実度がどの程度あるか議論する。
量子センシングの分野において、量子もつれ状態は、標準量子限界(Standard Quantum Limit: SQL)を破り、ハイゼンベルク限界(Heisenberg Limit: HL)に近づく可能性を秘めている。特に、室温で動作するダイヤモンド中の窒素・空孔(NV)センター配列によるもつれセンシングは、ナノスケール磁場計測において大きな恩恵をもたらすと予想される。しかしながら、任意環境下にてNVセンター間のもつれ状態がSQLを破る感度を実現できるかは、位相緩和の観点から明らかではない。もつれ状態によるSQLの超越のためには、環境ノイズが非マルコフ的な位相緩和の挙動を示す時間領域で、NVセンターの電子スピンを時間発展させる必要がある[1]。この時間領域は環境ノイズの自己相関時間(τc)によって決定される。そのため、NVセンターを取り巻く環境ノイズの起源を探索し、どのような自己相関をもって揺らいでいるか同定することは、NV配列による量子もつれセンシングにおいて重要である。そこで本研究では、Dynamical Decoupling(DD)法[2]とDouble Quantum (DQ) Relaxometry法[3,4]を用いて、環境ノイズの起源について評価した。 DD法によって測定されるNVセンター周辺の環境ノイズは、2つのローレンツ型のパワースペクトル密度(Power Spectral Density: PSD)で特徴付けられる[2]。しかしながら、2つの環境ノイズの起源については、現時点では十分に解明されていない。これまでの研究において、これらの起源は、ダイヤモンド表面の電子スピンバス(低周波ノイズ: τc~ μs)および表面修飾されたフォノン揺らぎ(高周波ノイズ: τc~ ns)に起因すると考察されてきた[2]。一方、B. A. Myersら[3]は、低周波ノイズを表面電荷による電場揺らぎ、高周波ノイズを電子スピンバス由来の磁場揺らぎであると解釈している。 本研究では2つのローレンツ型ノイズの起源を特定するため、DQ Relaxometry法によって推定した電場・歪みノイズを、DD法で測定したノイズスペクトルから差し引いた。これにより、電場・歪みノイズが2つのローレンツ型ノイズにどのように寄与されるか決定できる。FIG. 1(a)にDQ緩和率を測定するパルスシーケンスを示す。これらのパルスシーケンスから得られる蛍光信号(CDQ,-1, CDQ,+1)の差分は指数減衰を示し、その時定数は2Ω+γ (Ω: SQ緩和率、γ: DQ緩和率、FIG. 1(b)参照)で与えられる。測定結果の一例をFIG. 1 (c)に示す。赤色フィッティング曲線からγ=2.3 kHzと計算された。さらに、印加する外部磁場を変化させ、異なるゼーマン分裂条件下においてDQ緩和率を測定し、分裂幅に対応するDQ緩和率の依存性から電場・歪みノイズを推定した。
基本波と二倍波のコヒーレントな重ね合わせで得られる２色レーザーパルスは、パルス間の位相差φに依存した非対称な電場波形を持つ。これまでにスペクトル干渉を利用した位相差計測法とフィードバック制御を組み合わせ、単分子解離過程の制御を行ってきた。しかしながら、現状の制御周期は 1 Hz 程度とレーザーの繰り返し周波数（1 kHz）と比べて遅く、外乱によって生じる電場波形のふらつきを十分に抑制出来ない。同様の非対称電場波形を持つ搬送波-包絡線位相制御パルスに対しては、シングルショットの位相差計測技術としてstereo-ATIが主に用いられているが、光電子計測のための真空装置が必要である。本研究では、大気中で安価に位相差シフトをシングルショットで計測することを目的とし、マイコン（Arduino Due）を用いた位相差シフトのシングルショット計測装置の開発を行った。
有機化合物イオン注入によって形成されたNVセンター対の量子もつれ状態生成と、量子もつれを用いた磁場センシングについて報告する。共鳴周波数の異なるNVセンター対を用いて、量子もつれ状態を生成し、その忠実度を評価した。忠実度の評価では、考案したパルスシーケンスを用いて量子トモグラフィを測定した。忠実度は0.76と計算され、もつれ状態の生成が確認できた。
窒化ガリウム(GaN)半導体に不純物として導入（ドープ）された希土類イオンは、室温でも安定して線幅の狭い発光を示し、電子デバイス化して電気的に制御することもできる上、14種類ある希土類を選択することで光通信波長を含めたさまざまな波長の光を発生できる。したがって、GaNにドープされた希土類イオンは、室温・電気制御・光通信波長帯のすべてを満たす単一光子源のポテンシャルを有しているといえる。しかしながら、希土類イオンの4f殻内発光遷移の自発放出レートはMHz程度であり、他の単一光子源（量子ドット等）と比して劣るという課題がある。本研究では、希土類ドープGaN単一光子源の開発に向け、フォトニック結晶共振器への組み込みによる希土類イオンの発光強度増強を実証した。