論文の概要: Reducing the instability of an optical lattice clock using multiple
atomic ensembles
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2305.12315v2
- Date: Wed, 20 Dec 2023 18:25:21 GMT
- ステータス: 処理完了
- システム内更新日: 2023-12-21 22:10:45.362576
- Title: Reducing the instability of an optical lattice clock using multiple
atomic ensembles
- Title（参考訳）: 複数原子アンサンブルを用いた光格子時計の不安定性低減
- Authors: Xin Zheng, Jonathan Dolde, and Shimon Kolkowitz
- Abstract要約: 研究は原子数の増加、コヒーレントな尋問時間の延長、および標準量子限界を超えるエンタングルメントの導入に重点を置いている。
我々は、ストロンチウム(Sr)光格子時計において、個々の制御された原子アンサンブルに基づく位相推定手法を用いて、クロック不安定化のための代替手法を実験的に実証した。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 5.5276768686225335
- License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
- Abstract: The stability of an optical atomic clock is a critical figure of merit for
almost all clock applications. To this end, much optical atomic clock research
has focused on reducing clock instability by increasing the atom number,
lengthening the coherent interrogation times, and introducing entanglement to
push beyond the standard quantum limit. In this work, we experimentally
demonstrate an alternative approach to reducing clock instability using a phase
estimation approach based on individually controlled atomic ensembles in a
strontium (Sr) optical lattice clock. We first demonstrate joint Ramsey
interrogation of two spatially-resolved atom ensembles that are out of phase
with respect to each other, which we call "quadrature Ramsey spectroscopy,"
resulting in a factor of 1.36(5) reduction in absolute clock instability as
measured with interleaved self-comparisons. We then leverage the rich hyperfine
structure of ${}^{87}$Sr to realize independent coherent control over multiple
ensembles with only global laser addressing. Finally, we utilize this
independent control over 4 atom ensembles to implement a form of phase
estimation, achieving a factor of greater than 3 enhancement in coherent
interrogation time and a factor of 2.08(6) reduction in instability over an
otherwise identical single ensemble clock with the same local oscillator and
the same number of atoms. We expect that multi-ensemble protocols similar to
those demonstrated here will result in reduction in the instability of any
optical lattice clock with an interrogation time limited by the local
oscillator.
- Abstract（参考訳）: 光原子時計の安定性は、ほとんど全てのクロック応用にとって重要なメリットである。
この目的のために、多くの光学原子時計の研究は、原子番号を増大させ、コヒーレントな尋問時間を延長し、標準量子限界を超えるエンタングルメントを導入することで、クロック不安定性を低減することに重点を置いている。
本研究では、ストロンチウム(sr)光格子時計における個別に制御された原子アンサンブルに基づく位相推定手法を用いて、クロック不安定性を低減するための代替手法を実験的に実証する。
まず,空間分解された2つの原子アンサンブルを「四分法ラムゼイ分光法」とよばれ,絶対時計不安定度が1.36(5)減少する要因を自己相関で測定した。
次に、${}^{87}$srの豊富な超微細構造を利用して、グローバルレーザーアドレスのみを含む複数のアンサンブル上の独立コヒーレント制御を実現する。
最後に、この4個の原子アンサンブルに対する独立制御を用いて位相推定を行い、コヒーレントな尋問時間における3倍以上の係数と、同じ局所振動子と同じ原子数を持つ同一の単一アンサンブルクロック上での不安定性の係数2.08(6)を達成した。
ここで示されるようなマルチアンサンブルプロトコルは、局所発振器によって制限された尋問時間を持つ任意の光学格子クロックの不安定性を低下させる。
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