論文の概要: Enhanced quantum sensing with amplification and deamplification

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2309.00177v1
• Date: Fri, 1 Sep 2023 00:09:08 GMT
• ステータス: 処理完了
• システム内更新日: 2023-09-04 15:03:01.976322
• Title: Enhanced quantum sensing with amplification and deamplification
• Title（参考訳）: 増幅・非増幅による強化量子センシング
• Authors: Min Jiang, Yushu Qin, Yuanhong Wang, Ying Huang, Xinhua Peng, Dmitry Budker
• Abstract要約: 高速スピン交換衝突によるアルカリ-金属-貴ガス間のファノ共鳴の最初の実演を報告する。 本研究では, 増幅とデアンプリフィケーションにより強化された量子センシングの新たな手法を開発し, 検出ノイズの緩和要件について検討する。 我々の研究は、超新星観測の制約を超える感度を持つ超軽量ダークマターの探索に新たな道を開く。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 4.561604895218612
• License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
• Abstract: Quantum sensing is a fundamental building block of modern technology that employs quantum resources and creates new opportunities for precision measurements. However, previous methods usually have a common assumption that detection noise levels should be below the intrinsic sensitivity provided by quantum resources. Here we report the first demonstration of Fano resonance between coupled alkali-metal and noble gases through rapid spin-exchange collisions. The Fano resonance gives rise to two intriguing phenomena: spin amplification and deamplification, which serve as crucial resources for enhanced sensing. Further we develop a novel scheme of quantum sensing enhanced by amplification and deamplification, with relaxed requirements on the detection noise. The coupled systems of alkali-metal and noble gases act as amplifiers or de-amplifiers, enabling to extract small signals above the detection noise before final detection. We demonstrate magnetic-field measurement about 54 decibels below the photon-shot noise, which outperforms the state-of-the-art squeezed-light technology and realizes femtotesla-level sensitivity. Our work opens new avenues to applications in searches for ultralight dark matter with sensitivity well beyond the supernova-observation constraints.
• Abstract（参考訳）: 量子センシングは、量子資源を使用し、精度測定の新しい機会を生み出す現代の技術の基本的な構成要素である。 しかし、従来の手法は通常、検出ノイズレベルは量子資源が提供する本質的な感度以下である、という一般的な仮定を持つ。 ここでは, 急速スピン交換衝突によるアルカリ-金属-貴ガス間のファノ共鳴の最初の実演を報告する。 ファノ共鳴は、スピン増幅とデアンプ化という2つの興味深い現象を引き起こす。 さらに、増幅とデアンプリフィケーションにより強化された量子センシングの新たなスキームを開発し、検出ノイズに対する要求を緩和する。 アルカリ金属と貴ガスの結合系は増幅器や脱増幅器として働き、最終検出前に検出ノイズよりも小さな信号を抽出することができる。 光子ショットノイズの約54デシベルの磁場測定を行い、その感度をfemtoteslaレベルの感度に匹敵することを示した。 我々の研究は、超新星観測の制約を超える感度を持つ超暗黒物質を探索するアプリケーションへの新しい道を開きます。

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