論文の概要: Hybrid quantum network for sensing in the acoustic frequency range
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2412.11824v1
- Date: Mon, 16 Dec 2024 14:45:44 GMT
- ステータス: 翻訳完了
- システム内更新日: 2024-12-17 13:54:55.513535
- Title: Hybrid quantum network for sensing in the acoustic frequency range
- Title（参考訳）: 音響周波数域検出のためのハイブリッド量子ネットワーク
- Authors: Valeriy Novikov, Jun Jia, Túlio Brito Brasil, Andrea Grimaldi, Maimouna Bocoum, Mikhail Balabas, Jörg Helge Müller, Emil Zeuthen, Eugene Simon Polzik,
- Abstract要約: 量子光学センシングの適用性は、しばしば利用可能なフォトニック量子源の固定波長によって制限される。
ここでは、量子状態処理によるブロードバンド量子センシングのための新しいツールを示す。
異なる波長における測定のための周波数依存性・絡み合い可能な量子ノイズ低減効果を示す。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 1.7485293435157372
- License:
- Abstract: Ultimate limits for sensing of fields and forces are set by the quantum noise of a sensor. Entanglement allows for suppression of such noise and for achieving sensitivity beyond standard quantum limits. Applicability of quantum optical sensing is often restricted by fixed wavelengths of available photonic quantum sources. Another ubiquitous limitation is associated with challenges of achieving quantum-noise-limited sensitivity in the acoustic noise frequency range relevant for a number of applications. Here we demonstrate a novel tool for broadband quantum sensing by quantum state processing that can be applied to a wide range of the optical spectrum, and by suppressing quantum noise over an octave in the acoustic frequency range. An atomic spin ensemble in the quantum regime is strongly coupled to one of the tunable frequency modes of an Einstein-Podolsky-Rosen (EPR) source of light. The other EPR mode of light, entangled with the first one, is tuned to a disparate wavelength. Engineering the spin ensemble to act as a negative- or positive-mass oscillator we demonstrate frequency-dependent, entanglement-enabled quantum noise reduction for measurements at the disparate wavelength. The tunability of the spin ensemble allows to target quantum noise in a variety of systems with dynamics ranging from kHz to MHz. As an example of the broadband quantum noise reduction in the acoustic frequency range, we analyse the applicability of our approach to state-of-the-art gravitational wave detectors. Other possible applications include continuous-variable quantum repeaters and distributed quantum sensing.
- Abstract（参考訳）: 磁場と力の究極的な制限は、センサーの量子ノイズによって設定される。
絡み合いはそのようなノイズを抑えることができ、標準量子限界を超える感度を達成することができる。
量子光学センシングの適用性は、しばしば利用可能なフォトニック量子源の固定波長によって制限される。
もう一つのユビキタスな制限は、多くのアプリケーションに関連する音響ノイズ周波数範囲において量子ノイズに制限された感度を達成するという課題と関連している。
ここでは、広帯域光スペクトルに適用可能な量子状態処理による広帯域量子センシングのための新しいツールと、音響周波数範囲におけるオクターブ上の量子ノイズの抑制について述べる。
量子状態における原子スピンのアンサンブルは、アインシュタイン-ポドルスキー-ローゼン(EPR)光源の波長モードの1つに強く結合される。
他のEPRモードの光は、第1の光と絡み合って、異なる波長に調整される。
スピンアンサンブルを負または正の質量発振器として動作させるエンジニアリングでは、異なる波長での計測のために周波数依存、絡み合い可能な量子ノイズ低減を示す。
スピンアンサンブルのチューニング性は、kHzからMHzまでの様々なシステムで量子ノイズを標的にすることができる。
音響周波数範囲におけるブロードバンド量子ノイズ低減の例として、我々は、最先端の重力波検出器へのアプローチの適用性について分析する。
その他の応用としては、連続可変量子リピータや分散量子センシングがある。
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