論文の概要: Cooperative Spin Amplification

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2309.11374v1
• Date: Wed, 20 Sep 2023 14:55:34 GMT
• ステータス: 処理完了
• システム内更新日: 2023-09-21 15:52:52.380241
• Title: Cooperative Spin Amplification
• Title（参考訳）: 協調型スピン増幅
• Authors: Minxiang Xu, Min Jiang, Yuanhong Wang, Haowen Su, Ying Huang, Xinhua Peng
• Abstract要約: フィードバック回路内に129Xe核スピンを埋め込んだ新しい信号増幅実験を行った。 フォトンショットノイズを超える4.0 fT/Hz$1/2$の超高感度を実現する。 我々の発見は量子増幅の物理学を協調的なスピンシステムに拡張し、様々な既存のセンサーに一般化することができる。
• 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 amplification is recognized as a key resource for precision measurements. However, most conventional paradigms employ an ensemble of independent particles that usually limit the performance of quantum amplification in gain, spectral linewidth, etc. Here we demonstrate a new signal amplification using cooperative 129Xe nuclear spins embedded within a feedback circuit, where the noble-gas spin coherence time is enhanced by at least one order of magnitude. Using such a technique, magnetic field can be substantially pre-enhanced by more than three orders and is in situ readout with an embedded 87Rb magnetometer. We realize an ultrahigh magnetic sensitivity of 4.0 fT/Hz$^{1/2}$ that surpasses the photon-shot noise and even below the spin-projection noise of the embedded atomic magnetometer, allowing for exciting applications including searches for dark matter with sensitivity well beyond supernova constraints. Our findings extend the physics of quantum amplification to cooperative spin systems and can be generalized to a wide variety of existing sensors, enabling a new class of cooperative quantum sensors.
• Abstract（参考訳）: 量子増幅は精度測定の鍵となる資源として認識される。 しかしながら、ほとんどの従来のパラダイムでは、利得やスペクトル線幅などの量子増幅の性能を制限する独立した粒子のアンサンブルを用いる。 本稿では,フィードバック回路内に組み込まれた協調129xe核スピンを用いた新しい信号増幅法を示し,希ガススピンコヒーレンス時間を少なくとも1桁向上させる。 このような技術を用いることで、磁場は3つ以上のオーダーで実質的に前向きになり、87Rb磁気センサが組み込まれている。 超高感度の4.0 fT/Hz$^{1/2}$は、光子ショットノイズを超越し、組み込み原子磁気センサのスピン投射ノイズより下にあり、超新星制約を超える感度のダークマター探索を含むエキサイティングな応用を可能にする。 以上の知見は、量子増幅の物理を協調スピン系に拡張し、既存の様々なセンサに一般化し、新しいタイプの協調量子センサを可能にした。

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