論文の概要: Realizing spin squeezing with Rydberg interactions in a programmable optical clock

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2303.08078v1
• Date: Tue, 14 Mar 2023 17:11:33 GMT
• ステータス: 処理完了
• システム内更新日: 2023-03-15 13:57:27.219595
• Title: Realizing spin squeezing with Rydberg interactions in a programmable optical clock
• Title（参考訳）: プログラム可能な光時計におけるrydberg相互作用によるスピンスクイーズの実現
• Authors: William J. Eckner, Nelson Darkwah Oppong, Alec Cao, Aaron W. Young, William R. Milner, John M. Robinson, Jun Ye, Adam M. Kaufman
• Abstract要約: 我々は、相互作用する光量子ビットのプログラム可能な配列に基づいて、中性原子光時計でスピンスクイーズを実演する。 我々は、標準量子限界より1.94(1)dB以下の1秒平均時間で1.087(1)時間10-15$の分数安定性を観察する。 プログラム可能な原子線時計におけるスピンスクイーズプロトコルの実現は、幅広い量子情報にインスパイアされた技術への扉を開く。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.6376404422444008
• License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
• Abstract: Neutral-atom arrays trapped in optical potentials are a powerful platform for studying quantum physics, combining precise single-particle control and detection with a range of tunable entangling interactions. For example, these capabilities have been leveraged for state-of-the-art frequency metrology as well as microscopic studies of entangled many-particle states. In this work, we combine these applications to realize spin squeezing - a widely studied operation for producing metrologically useful entanglement - in an optical atomic clock based on a programmable array of interacting optical qubits. In this first demonstration of Rydberg-mediated squeezing with a neutral-atom optical clock, we generate states that have almost 4 dB of metrological gain. Additionally, we perform a synchronous frequency comparison between independent squeezed states and observe a fractional frequency stability of $1.087(1)\times 10^{-15}$ at one-second averaging time, which is 1.94(1) dB below the standard quantum limit, and reaches a fractional precision at the $10^{-17}$ level during a half-hour measurement. We further leverage the programmable control afforded by optical tweezer arrays to apply local phase shifts in order to explore spin squeezing in measurements that operate beyond the relative coherence time with the optical local oscillator. The realization of this spin-squeezing protocol in a programmable atom-array clock opens the door to a wide range of quantum-information inspired techniques for optimal phase estimation and Heisenberg-limited optical atomic clocks.
• Abstract（参考訳）: 光学ポテンシャルに閉じ込められた中性原子配列は、量子物理学を研究するための強力なプラットフォームであり、精密な単一粒子制御と検出と調整可能な相互作用を組み合わせている。 例えば、これらの能力は、最先端の周波数計測や、絡み合った多粒子状態の顕微鏡的研究に活用されている。 本研究では、これらの応用を組み合わせることで、相互作用する光量子ビットのプログラマブルアレイに基づく光原子時計におけるスピンスクイージング(metrologically useful entanglement)を実現する。 Rydbergによる中性原子光時計によるスクイーズの最初のデモでは、ほぼ4dBのメトロジカルゲインを持つ状態を生成する。 さらに, 1秒平均時間で1.087(1)\times 10^{-15}$の分数周波数安定性を観測し, 標準量子限界より1,9,4(1) db低く, 半時間測定で10^{-17}$の分数精度に達した。 さらに,光学的局所発振器と相対的コヒーレンス時間を超えて動作する測定におけるスピンスクイーズを探索するために,光トウィーザアレイによるプログラム可能な制御を利用して局所位相シフトを適用する。 プログラマブルな原子アレイ時計におけるスピン配列プロトコルの実現は、最適な位相推定とハイゼンベルク制限光原子時計のための幅広い量子情報インスパイアされた技術への扉を開く。

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