論文の概要: Time-Reversal-Based Quantum Metrology with Many-Body Entangled States
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2106.03754v3
- Date: Tue, 28 Sep 2021 01:20:39 GMT
- ステータス: 処理完了
- システム内更新日: 2023-03-27 08:56:17.662414
- Title: Time-Reversal-Based Quantum Metrology with Many-Body Entangled States
- Title（参考訳）: 多体絡み状態を持つ時間反転量子メトロロジー
- Authors: Simone Colombo and Edwin Pedrozo-Pe\~nafiel and Albert F. Adiyatullin
and Zeyang Li and Enrique Mendez and Chi Shu and Vladan Vuletic
- Abstract要約: 量子力学において、絡み合いは、独立粒子で動くセンサーの精度を束縛する標準量子限界(英語版)(英語版)を克服するために用いられる貴重な資源である。
光学工学的多体ハミルトニアンにおける制御符号変化による効果的な時間反転プロトコルを実装した。
350の中立な171$Yb原子を用いると、この信号増幅は標準量子限界を超える最大の感度改善を実現する。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.5911087507716212
- License: http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/
- Abstract: In quantum metrology, entanglement represents a valuable resource that can be
used to overcome the Standard Quantum Limit (SQL) that bounds the precision of
sensors that operate with independent particles. Measurements beyond the SQL
are typically enabled by relatively simple entangled states (squeezed states
with Gaussian probability distributions), where quantum noise is redistributed
between different quadratures. However, due to both fundamental limitations and
the finite measurement resolution achieved in practice, sensors based on
squeezed states typically operate far from the true fundamental limit of
quantum metrology, the Heisenberg Limit. Here, by implementing an effective
time-reversal protocol through a controlled sign change in an optically
engineered many-body Hamiltonian, we demonstrate atomic-sensor performance with
non-Gaussian states beyond the limitations of spin squeezing, and without the
requirement of extreme measurement resolution. Using a system of 350 neutral
$^{171}$Yb atoms, this signal amplification through time-reversed interaction
(SATIN) protocol achieves the largest sensitivity improvement beyond the SQL
($11.8 \pm 0.5$~dB) demonstrated in any interferometer to date. Furthermore, we
demonstrate a precision improving in proportion to the particle number
(Heisenberg scaling), at fixed distance of 12.6~dB from the Heisenberg Limit.
These results pave the way for quantum metrology using complex entangled
states, with potential broad impact in science and technology. Potential
applications include searches for dark matter and for physics beyond the
standard model, tests of the fundamental laws of physics, timekeeping, and
geodesy.
- Abstract（参考訳）: 量子メトロロジーにおいて、絡み合いは、独立粒子で動作するセンサーの精度を制限する標準量子限界(sql)を克服するために使用できる貴重な資源である。
SQL以外の測定は、通常、比較的単純な絡み合った状態(ガウス確率分布を持つスクイーズ状態)によって可能であり、量子ノイズは異なる四角形の間で再分配される。
しかし、基本的な限界と実際に達成された有限な測定解像度の両方のため、スクイーズ状態に基づくセンサは通常、量子計測の真の基本限界であるハイゼンベルク極限から遠く離れている。
ここでは,多体多体ハミルトニアンの制御符号変化を通した効果的な時間反転プロトコルを実装し,スピンスクイージングの限界を超える非ガウス状態の原子センサ性能を,極端な測定解像度を必要とせずに実証する。
350の中立な$^{171}$Yb原子を用いると、この信号増幅は時間反転相互作用(SATIN)プロトコルにより、これまであらゆる干渉計で実証されたSQL(11.8 \pm 0.5$~dB)を超える最大の感度改善を実現する。
さらに,粒子数(ハイゼンベルクスケーリング)に比例して,ハイゼンベルク限界から12.6~dBの固定距離で精度を向上することを示した。
これらの結果は、複雑な絡み合った状態を用いた量子メトロロジーへの道を開き、科学と技術に大きな影響を与える可能性がある。
潜在的な応用としては、ダークマターや標準モデルを超える物理学の探索、物理の基本法則のテスト、時間保存、測地学などがある。
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