論文出版:量子計測×機械学習

投稿者: | 2022年9月1日

ナノダイヤモンド中の窒素空孔中心の磁場依存性の精密な測定結果を機械学習し、従来法よりも正確性の高い磁場イメージングに成功した成果を Scientific Reports 誌に発表しました(プレスリリース論文)。

ダイヤモンド中の窒素空孔中心の電子スピンの量子状態は、室温においても長く保たれ、光学的に読み出せる稀有な特性をもつことから、量子計測に応用されています。本研究では、膜状に分布させたナノダイヤモンドの集団の磁場依存性を機械学習することで、精密な磁場イメージングに成功しました。ヘルムホルツコイルを用いて精密に磁場を制御しながらダイヤモンドのスペクトルを測定し、モデルフリーな機械学習として知られるガウス過程回帰を用いることで磁場強度を正確に推定する関数の生成に成功しました。この研究は、磁性体、電子デバイス、生物、鉱物など、さまざまな形状を持つ測定対象表面の磁場分布の調査において強力なツールとなります。

本研究は 知の物理学研究センター 蘆田准教授との共同研究です。

プレスリリース、→論文

日刊工業新聞に掲載されました(2022年9月5日18面)。
●電子版に取り上げて頂きました:日本経済新聞電子版OPTRONICS ONLINEGAMINGDEPUTY JAPANニュースイッチ日刊工業新聞マイナビニュース

図: (a) 実験装置の模式図。周囲の大きなリング群が磁場を制御するヘルムホルツコイルです。事前に高性能な磁束計で校正してあります。緑の板状のものが電子スピンを操作するためのマイクロ波を照射するアンテナであり、その上にナノダイヤモンド膜を付着させたカバーガラスがテープで固定されています。対物レンズを通してレーザを照射し、ナノダイヤモンドの発光を測定します。(b)機械学習の模式図。ナノダイヤモンドのスペクトルを複数の磁場強度で測定したものをトレーニングデータとして用います。本研究で用いた機械学習法ではスペクトルを磁場強度に変換する関数が得られます。