論文の概要: Atomic clock locking with Bayesian quantum parameter estimation: scheme and experiment
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2306.06608v4
- Date: Fri, 25 Oct 2024 08:16:32 GMT
- ステータス: 翻訳完了
- システム内更新日: 2024-10-28 13:34:26.026746
- Title: Atomic clock locking with Bayesian quantum parameter estimation: scheme and experiment
- Title（参考訳）: ベイジアン量子パラメータ推定による原子時計のロック:スキームと実験
- Authors: Chengyin Han, Zhu Ma, Yuxiang Qiu, Ruihuan Fang, Jiatao Wu, Chang Zhan, Maojie Li, Jiahao Huang, Bo Lu, Chaohong Lee,
- Abstract要約: 原子時計は科学と技術にとって不可欠であるが、その感度は標準量子限界によって制限されることが多い。
我々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量子周波数推定プロトコルを設計する。
我々はコールド原子CPTクロックのロバストで高精度なクローズドループロックを実現する。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 2.7845103236877615
- License:
- Abstract: Atomic clocks are crucial for science and technology, but their sensitivity is often restricted by the standard quantum limit. To surpass this limit, correlations between particles or interrogation times must be leveraged. Although the sensitivity can be enhanced to the Heisenberg limit using quantum entanglement, it remains unclear whether the scaling of sensitivity with total interrogation time can achieve the Heisenberg scaling. Here, we design an adaptive Bayesian quantum frequency estimation protocol that approaches the Heisenberg scaling and experimentally demonstrate its validity with a cold-atom coherent-population-trapping (CPT) clock. In further, we achieve robust and high-precision closed-loop locking of the cold-atom CPT clock by utilizing our Bayesian quantum frequency estimation protocol. In comparison to the conventional proportional-integral-differential locking, our Bayesian locking scheme not only yields an improvement of 5.1(4) dB in fractional frequency stability, but also exhibits better robustness against technical noises. Our findings not only provide a robust and high-precision approach to lock atomic clocks, but also hold promising applications in various interferometry-based quantum sensors, such as quantum magnetometers and atomic interferometers.
- Abstract（参考訳）: 原子時計は科学と技術にとって不可欠であるが、その感度は標準量子限界によって制限されることが多い。
この限界を超えるためには、粒子と尋問時間の間の相関を利用する必要がある。
感度は量子エンタングルメントを用いてハイゼンベルク極限まで拡張できるが、全尋問時間による感度のスケーリングがハイゼンベルクスケーリングを達成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量子周波数推定プロトコルを設計し,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・トッピング(CPT)クロックを用いて実験的に実証する。
さらに、ベイズ量子周波数推定プロトコルを用いて、冷原子CPTクロックのロバストで高精度な閉ループロックを実現する。
従来の比例積分差分ロックと比べ,ベイジアンロック方式では,周波数安定性が5.1(4)dB向上するだけでなく,技術的ノイズに対するロバスト性も向上する。
我々の発見は、原子時計をロックするための堅牢で高精度な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など、様々な干渉計ベースの量子センサにも有望な応用が期待できる。
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