Cooperative Spin Amplifier for Enhanced Quantum Sensing

自旋(空气动力学) 量子传感器 放大器 量子 物理 量子力学 量子技术 光电子学 开放量子系统 CMOS芯片 热力学
作者
Minxiang Xu,Min Jiang,Yuanhong Wang,Haowen Su,Y. Huang,Xinhua Peng
出处
期刊:Physical Review Letters [American Physical Society]
卷期号:133 (13) 被引量:1
标识
DOI:10.1103/physrevlett.133.133202
摘要

Quantum sensing is crucial for precision measurements, yet quantum sensor sensitivity is often limited by the coherence time of the quantum system. Here, we demonstrate a method to enhance coherence time through cooperative spins. Using a tunable feedback circuit, we induce cooperation among noble-gas ^{129}Xe spins, resulting in an impressive 18-fold coherence enhancement. Moreover, we show that the cooperative ^{129}Xe spins can significantly amplify magnetic signals by at least 3 orders of magnitude. Magnetic field sensing assisted with such a cooperative spin amplifier realizes the sensitivity of 4 fT/Hz^{1/2} and surpasses the spin-projection noise of the embedded ^{87}Rb spin gas magnetometer. These results pave the way for a new class of "cooperative quantum sensors," and open up exciting prospects in fundamental physics.
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