論文の概要: Multi-qubit gates and Schrödinger cat states in an optical clock
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2402.16289v2
- Date: Wed, 24 Jul 2024 17:01:35 GMT
- ステータス: 処理完了
- システム内更新日: 2024-07-25 19:10:54.919906
- Title: Multi-qubit gates and Schrödinger cat states in an optical clock
- Title（参考訳）: 光時計におけるマルチキュービットゲートとシュレーディンガー猫状態
- Authors: Alec Cao, William J. Eckner, Theodor Lukin Yelin, Aaron W. Young, Sven Jandura, Lingfeng Yan, Kyungtae Kim, Guido Pupillo, Jun Ye, Nelson Darkwah Oppong, Adam M. Kaufman,
- Abstract要約: 我々は,グリーンベルガー・ホルン・ザイリンガー型で最大9個の光クロック量子ビットをプログラム可能な原子配列で生成するために,マルチキュービットのRydbergゲート群を開発した。
十分に短い暗黒時間での原子-レーザー比較において、最大4キュービットのGHZ状態を用いて標準量子限界以下の周波数不安定性を示す。
これらの結果は、光原子時計精度のハイゼンベルク制限スケーリングに近づくための鍵となるビルディングブロックを示す。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 3.476421900110317
- License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
- Abstract: Many-particle entanglement is a key resource for achieving the fundamental precision limits of a quantum sensor. Optical atomic clocks, the current state-of-the-art in frequency precision, are a rapidly emerging area of focus for entanglement-enhanced metrology. Augmenting tweezer-based clocks featuring microscopic control and detection with the high-fidelity entangling gates developed for atom-array information processing offers a promising route towards leveraging highly entangled quantum states for improved optical clocks. Here we develop and employ a family of multi-qubit Rydberg gates to generate Schr\"odinger cat states of the Greenberger-Horne-Zeilinger (GHZ) type with up to 9 optical clock qubits in a programmable atom array. In an atom-laser comparison at sufficiently short dark times, we demonstrate a fractional frequency instability below the standard quantum limit using GHZ states of up to 4 qubits. However, due to their reduced dynamic range, GHZ states of a single size fail to improve the achievable clock precision at the optimal dark time compared to unentangled atoms. Towards overcoming this hurdle, we simultaneously prepare a cascade of varying-size GHZ states to perform unambiguous phase estimation over an extended interval. These results demonstrate key building blocks for approaching Heisenberg-limited scaling of optical atomic clock precision.
- Abstract（参考訳）: 多粒子絡み合いは量子センサーの基本精度限界を達成するための鍵となる資源である。
周波数精度における現在の最先端の原子時計である光原子時計は、絡み合うエンハンスドメトロジーの領域として急速に発展しつつある。
原子アレイ情報処理のために開発された高密度エンタングルゲートによる微視的制御と検出を特徴とするツイーザー型クロックの強化は、高絡み合った量子状態を活用して光時計を改善するための有望な経路を提供する。
そこで我々は,グリーンベルガー・ホルン・ザイリンガー(GHZ)型で最大9個の光クロック量子ビットをプログラマブル原子配列で生成するために,マルチキュービットのRydbergゲート群を開発し,利用する。
十分に短い暗黒時間での原子-レーザー比較において、最大4キュービットのGHZ状態を用いて標準量子限界以下の周波数不安定性を示す。
しかし、そのダイナミックレンジの減少により、単一の大きさのGHZ状態は、アンタングルド原子と比較して、最適な暗時間での達成可能なクロック精度を改善することができない。
このハードルを克服するために、異なる大きさのGHZ状態のカスケードを同時に作成し、延長間隔で不明瞭な位相推定を行う。
これらの結果は、光原子時計精度のハイゼンベルク制限スケーリングに近づくための鍵となるビルディングブロックを示す。
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