論文の概要: Atomic clock locking via Bayesian frequency estimation

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2306.06608v2
• Date: Tue, 12 Mar 2024 09:16:11 GMT
• ステータス: 処理完了
• システム内更新日: 2024-03-14 02:17:14.342526
• Title: Atomic clock locking via Bayesian frequency estimation
• Title（参考訳）: ベイズ周波数推定による原子時計ロック
• Authors: Chengyin Han, Zhu Ma, Yuxiang Qiu, Ruihuan Fang, Jiatao Wu, Chang Zhan, Maojie Li, Jiahao Huang, Bo Lu and Chaohong Lee
• Abstract要約: ハイゼンベルクスケーリングにアプローチする適応周波数推定プロトコルを開発した。 ベイズ周波数推定プロトコルを用いて原子時計のロバスト閉ループロックを実現する。 私たちの発見は、量子磁気センサや原子干渉計など、他の量子センサーにも有望な応用が期待できる。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 2.877159845954964
• License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
• Abstract: Atomic clocks play a vital role in fundamental science and practical technology. However, their sensitivity is typically limited by the standard quantum limit, which is determined by parallel measurements with individual particles or repeated measurements with a single particle. Overcoming this limitation requires exploiting correlations between particles or interrogation times. While it has been demonstrated that sensitivity can be improved to the Heisenberg limit by utilizing quantum entanglement, it remains unclear whether the scaling of sensitivity with respect to total interrogation time can achieve the Heisenberg scaling. Here, we develop an adaptive Bayesian frequency estimation protocol that approaches the Heisenberg scaling and experimentally demonstrate its validity with a cold-atom coherent-population-trapping clock. In further, we achieve robust closed-loop locking of the atomic clock by utilizing our Bayesian frequency estimation protocol. In comparison with the conventional clock locking, our Bayesian clock locking yields an improvement of 5.1(4) dB in fractional frequency stability. Our findings not only provide an alternative approach to locking atomic clocks but also hold promising applications in other quantum sensors, such as quantum magnetometers and atomic interferometers.
• Abstract（参考訳）: 原子時計は基礎科学と実用技術において重要な役割を果たす。 しかし、その感度は通常、個々の粒子による平行測定や1つの粒子による繰り返し測定によって決定される標準量子限界によって制限される。 この制限を克服するには、粒子間の相関や尋問時間を利用する必要がある。 量子エンタングルメントを利用してハイゼンベルク限界への感度の向上が実証されているが、全問合せ時間に対する感度のスケーリングがハイゼンベルクのスケーリングを達成することができるかどうかは不明である。 本稿では,ハイゼンベルクスケーリングにアプローチした適応ベイズ周波数推定プロトコルを開発し,その妥当性をコールド原子コヒーレント・ポピュレーション・トラッピングクロックを用いて実験的に実証する。 さらに,我々はベイズ周波数推定プロトコルを用いて,原子時計のロバスト閉ループロックを実現する。 従来のクロックロックと比較して、ベイズ時計のクロックロックは周波数安定性が5.1(4)dB向上する。 我々の発見は、原子時計をロックする代替アプローチを提供するだけでなく、量子磁気センサや原子干渉計といった他の量子センサーにも有望な応用をもたらす。

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