論文の概要: Quantum-enhanced sensing of displacements and electric fields with large
trapped-ion crystals
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2103.08690v1
- Date: Mon, 15 Mar 2021 20:20:57 GMT
- ステータス: 処理完了
- システム内更新日: 2023-04-08 01:40:06.593405
- Title: Quantum-enhanced sensing of displacements and electric fields with large
trapped-ion crystals
- Title（参考訳）: 大きな捕捉イオン結晶による変位・電界の量子エンハンスセンシング
- Authors: Kevin A. Gilmore, Matthew Affolter, Robert J. Lewis-Swan, Diego
Barberena, Elena Jordan, Ana Maria Rey, John J. Bollinger
- Abstract要約: 我々は,150ドルのイオンを閉じ込めた大きな結晶を用いて,弱い変位や電界を検出する多体量子強調センサを実現する。
我々は、標準量子限界以下で8.8 pm 0.4$dBの変位に対する量子増強感度と、240pm10mathrmnVmathrmm-1$の電場を測定する感度について報告する。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
- License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
- Abstract: Developing the isolation and control of ultracold atomic systems to the level
of single quanta has led to significant advances in quantum sensing, yet
demonstrating a quantum advantage in real world applications by harnessing
entanglement remains a core task. Here, we realize a many-body quantum-enhanced
sensor to detect weak displacements and electric fields using a large crystal
of $\sim 150$ trapped ions. The center of mass vibrational mode of the crystal
serves as high-Q mechanical oscillator and the collective electronic spin as
the measurement device. By entangling the oscillator and the collective spin
before the displacement is applied and by controlling the coherent dynamics via
a many-body echo we are able to utilize the delicate spin-motion entanglement
to map the displacement into a spin rotation such that we avoid quantum
back-action and cancel detrimental thermal noise. We report quantum enhanced
sensitivity to displacements of $8.8 \pm 0.4~$dB below the standard quantum
limit and a sensitivity for measuring electric fields of
$240\pm10~\mathrm{nV}\mathrm{m}^{-1}$ in $1$ second
($240~\mathrm{nV}\mathrm{m}^{-1}/\sqrt{\mathrm{Hz}}$).
- Abstract（参考訳）: 超低温原子系の単一量子レベルへの分離と制御の開発は、量子センシングの大幅な進歩をもたらしたが、絡み合いを利用した現実世界の応用における量子優位性は依然として核となる課題である。
そこで本研究では,多体量子エンハンス型センサを用いて,$\sim 150$ 捕獲イオンの大きな結晶を用いて弱変位と電界を検出する。
結晶の質量振動モードの中心は、測定装置として高Q機械振動子、集合電子スピンとして機能する。
変位前に発振器と集合スピンを絡み合わせることにより、多体エコーを介してコヒーレントダイナミクスを制御することにより、微妙なスピン運動絡みを利用して、変位をスピン回転にマッピングし、量子バックアクションを避け、不規則な熱ノイズをキャンセルすることができる。
我々は、標準量子限界以下の8.8 \pm 0.4~$dbの変位に対する量子高感度と、240\pm10~\mathrm{nv}\mathrm{m}^{-1}$ in $1$ second (240~\mathrm{nv}\mathrm{m}^{-1}/\sqrt{\mathrm{hz}}$)の電界測定感度を報告する。
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