Kohärente Sensierung eines mechanischen Resonators mit einem Einzelspin-Qubit

Mechanische Systeme können von einer Vielzahl kleiner Kräfte beeinflusst werden, die von Gravitations- über optische, elektrische bis hin zu magnetischen Kräften reichen. Wenn mechanische Resonatoren auf die Dimensionen im Nanometerbereich skaliert werden, können diese Kräfte genutzt werden, um eine Kopplung zu einzelnen Quantensystemen zu ermöglichen. Wir demonstrieren, dass die kohärente Evolution eines einzelnen elektronischen Spins, der mit einem Stickstoff-Vakanz-Zentrum in Diamant assoziiert ist, mit der Bewegung eines magnetisierten mechanischen Resonators gekoppelt werden kann. Kohärente Manipulation des Spins wird verwendet, um die getriebene und die brownsche Bewegung des Resonators unter Umgebungsbedingungen mit einer Präzision von unter 6 Pikometern zu erfassen. Mit zukünftigen Verbesserungen könnte diese Technik verwendet werden, um mechanische Nullpunktfluktuationen nachzuweisen, starke Spin-Phonon-Kopplung auf einem einzelnen Quantenniveau zu realisieren und Quantenspin-Transduktoren zu implementieren.