Veel metingen worden beperkt door de standaard kwantumlimiet (SQL). SQL wordt gedefinieerd als de gemeten ruisniveaus die zijn ingesteld door de kwantummechanica. Kwantumverstrengeling kan worden gebruikt om SQL te verslaan en een ultieme limiet te benaderen die Heisenberg-limiet (HL) wordt genoemd. Sub-SQL metingen zijn in veel systemen onder extreme omstandigheden gerealiseerd en sensoren in deze systemen zijn niet geschikt voor realistische metingen onder omgevingscondities.

Stikstof-leegstand (NV) centra in diamant kunnen worden gebruikt als sensoren voor elektronen- en kernmagnetische resonantie. Ze kunnen goed werken in omgevingscondities vanwege de bescherming van een vast kristalrooster. Een volledig sub-SQL-meetproces op basis van een enkel NV-centrum omvat initialisatie van NVs-spins, verstrikking onder omgevingsomstandigheden, detectie van fysieke grootheden, en uitlezen van de resultaten. Er ontstonden nu moeilijkheden bij de initialisatie en verstrengeling van NV.

Een onderzoeksteam onder leiding van Prof. Du Jiangfeng van de Universiteit van Wetenschap en Technologie van China (USTC) van de Chinese Academie van Wetenschappen realiseerde een sub-SQL-meting onder omgevingscondities met NV-centra in diamant, en ontdekte dat het gebruik van verstrengelde sensoren SQL kan verslaan en nauwkeurigere metingen kan realiseren. Deze studie is gepubliceerd in wetenschappelijke vooruitgang .

De onderzoekers pasten een realtime feedbacktechniek toe om spins tot een zeer zuivere toestand te initialiseren, en de gezamenlijke initialisatie van de NV-laadstatus bereikt, elektron spin, en twee kernspins met hoge betrouwbaarheid.

Ze vervingen de kwadratische pulslaser door gehakte lasersequentie voor polarisatie van elektronenspin, verbetering van de overeenkomstige lasergetrouwheid van 90% naar 97,7%.

Aanvullend, de onderzoekers optimaliseerden experimentopstellingen om de experimentele omstandigheden beter te beheersen. Door geavanceerde configuratie voor warmte-isolatie en geschikte PID-parameters (proportion-integration-differentiation) voor feedback, ze realiseerden tijdens experimenten een relatief lage temperatuurschommeling van 0,5 mK en een zeer stabiel magnetisch veld met een vluchtigheid van 1ppm.

Dit werk opent nieuwe perspectieven voor het onderzoek van solid-state spinsystemen, en legt de basis voor quantum sensing en computing.