論文の概要: Nuclear spin squeezing by continuous quantum non-demolition measurement:
a theoretical study
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2012.14686v2
- Date: Fri, 16 Apr 2021 07:59:28 GMT
- ステータス: 処理完了
- システム内更新日: 2023-04-18 11:57:36.917258
- Title: Nuclear spin squeezing by continuous quantum non-demolition measurement:
a theoretical study
- Title（参考訳）: 連続量子非破壊測定による核スピンスクイージング : 理論的研究
- Authors: Alan Serafin (LKB (Lhomond)), Yvan Castin (LKB (Lhomond)), Matteo
Fadel (Unibas), Philipp Treutlein (Unibas), Alice Sinatra (LKB (Lhomond))
- Abstract要約: 我々は、基底状態ヘリウム3核スピンの環境への弱い結合を利用して、マクロな量子状態を生成する。
偏光集合核スピンの逆成分の量子的非破壊測定を行う。
与えられた条件分散に対して$propto(gamma_alpha/Gamma_rm sq)1/2$の極限を求める。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
- License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
- Abstract: We propose to take advantage of the weak coupling of ground-state helium-3
nuclear spin to its environment to produce long-lived macroscopic quantum
states, nuclear spin squeezed states, in a gas cell at room temperature. To
perform a quantum non-demolition measurement of a transverse component of the
polarized collective nuclear spin, we maintain a population in helium-3
metastable state with a discharge. The collective spin associated to $F=1/2$
metastable level hybridizes with the ground state one by metastability exchange
collisions. To access nuclear spin fluctuations, one continuously measures the
light leaking out of an optical cavity, where it has interacted dispersively
with the metastable state collective spin. In a three coupled collective spin
model (nuclear, metastable and Stokes), we calculate moments of the nuclear
spin squeezed component $I_z$ conditioned on the time averaged optical signal.
In the photon counting scheme, the squeezed observable is $I_z^2$ rather than
$I_z$. In the homodyne detection scheme, we solve the stochastic equation for
the system state conditioned on the measurement; the conditional expectation
value of $I_z$ depends linearly on the signal and the conditional variance of
$I_z$ does not depend on it. The conditional variance decreases as
$(\Gamma_{\rm sq}t)^{-1}$, where the squeezing rate $\Gamma_{\rm sq}$ depends
linearly on the light intensity in the cavity at weak atom-field coupling and
saturates at strong coupling to the ground state metastability exchange
effective rate, proportional to the metastable atom density. Including
de-excitation of metastable atoms at the walls, which induces nuclear spin
decoherence with an effective rate $\gamma_\alpha$, we find a limit
$\propto(\gamma_\alpha/\Gamma_{\rm sq})^{1/2}$ on the conditional variance
reached in a time $\propto(\gamma_\alpha\Gamma_{\rm sq})^{-1/2}$.
- Abstract（参考訳）: 本研究では, 固体ヘリウム3核スピンの環境への弱い結合を利用して, 室温ガスセル内の長寿命のマクロスケール量子状態, 核スピン圧縮状態を生成することを提案する。
偏極化された集団核スピンの逆成分の量子的非破壊測定を行うため、ヘリウム3準安定状態の個体群を放電で維持する。
F=1/2$メタスタブルレベルに関連する集合スピンは、転移性交換衝突によって基底状態とハイブリダイゼーションする。
核スピン変動にアクセスするために、光空洞から漏れ出る光を継続的に測定し、準安定状態の集合スピンと分散的に相互作用した。
3つの結合したスピンモデル(核、準安定、ストークス)において、時間平均光信号で条件付き核スピン圧縮成分$I_z$のモーメントを計算する。
光子計数方式では、スクイーズドオブザーバブルは$i_z$ではなく$i_z^2$である。
ホモダイン検出方式では、測定に基づいて条件付きシステム状態の確率方程式を解くが、$I_z$の条件期待値は信号に線形に依存し、$I_z$の条件分散はそれに依存しない。
条件分散は$(\gamma_{\rm sq}t)^{-1}$で減少し、スクイージングレート$\gamma_{\rm sq}$は弱い原子場結合におけるキャビティの光強度に線形に依存し、準安定原子密度に比例する基底状態準安定交換効率率に強い結合で飽和する。
有効率$\gamma_\alpha$で核スピンデコヒーレンスを誘導する壁における準安定原子の非励起を含むと、時間$\propto(\gamma_\alpha/\Gamma_{\rm sq})^{1/2}$で到達した条件分散について、極限$\propto(\gamma_\alpha/\Gamma_{\rm sq})^{-1/2}$を求める。
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