論文の概要: Analysis of spin-squeezing generation in cavity-coupled atomic ensembles with continuous measurements
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2311.15725v3
- Date: Wed, 29 May 2024 08:03:00 GMT
- ステータス: 処理完了
- システム内更新日: 2024-05-31 00:00:32.684568
- Title: Analysis of spin-squeezing generation in cavity-coupled atomic ensembles with continuous measurements
- Title（参考訳）: 連続測定による空洞結合原子アンサンブルのスピンスクイーズ生成の解析
- Authors: A. Caprotti, M. Barbiero, M. G. Tarallo, M. G. Genoni, G. Bertaina,
- Abstract要約: 我々は、原子数$N$で、大きなスピンスクイーズを達成できることを示す。
本稿では、このスピンスクイーズプロトコルの最先端光時計への応用について論じる。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
- License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
- Abstract: We analyze the generation of spin-squeezed states via coupling of three-level atoms to an optical cavity and continuous quantum measurement of the transmitted cavity field in order to monitor the evolution of the atomic ensemble. Using analytical treatment and microscopic simulations of the dynamics, we show that one can achieve significant spin squeezing, favorably scaling with the number of atoms $N$. However, contrary to some previous literature, we clarify that it is not possible to obtain Heisenberg scaling without the continuous feedback that is proposed in optimal approaches. In fact, in the adiabatic cavity removal approximation and large $N$ limit, we find the scaling behavior $N^{-2/3}$ for spin squeezing and $N^{-1/3}$ for the corresponding protocol duration. These results can be obtained only by considering the curvature of the Bloch sphere, since linearizing the collective spin operators tangentially to its equator yields inaccurate predictions. With full simulations, we characterize how spin-squeezing generation depends on the system parameters and departs from the bad cavity regime, by gradually mixing with cavity-filling dynamics until metrological advantage is lost. Finally, we discuss the relevance of this spin-squeezing protocol to state-of-the-art optical clocks.
- Abstract（参考訳）: 我々は3レベル原子の光キャビティへの結合と透過キャビティ場の連続量子測定によるスピンスクイーズ状態の生成を分析し、原子アンサンブルの進化をモニタリングする。
解析処理と顕微鏡シミュレーションにより,原子数$N$で大きなスピンスクイーズを実現できることを示した。
しかし、いくつかの文献とは対照的に、最適なアプローチで提案される継続的なフィードバックなしにハイゼンベルクのスケーリングが得られないことを明確にする。
実際、断熱キャビティ除去近似と大きな$N$制限では、スピンスクイーズに対して$N^{-2/3}$、対応するプロトコル長に対して$N^{-1/3}$のスケーリング挙動が見つかる。
これらの結果はブロッホ球の曲率を考えることでのみ得られるが、これは集合スピン作用素をその赤道に直交的に線型化することで不正確な予測が得られるからである。
完全なシミュレーションにより, スピンスクイーズ生成がシステムパラメータにどのように依存するかを特徴付けるとともに, キャビティ充填のダイナミクスと徐々に混合して, メトロジー上の優位性が失われるまで, 悪いキャビティ状態から逸脱する。
最後に、このスピンスクイーズプロトコルの最先端光時計への応用について論じる。
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