論文の概要: Theoretical study on rotation measurement with a quantum vibration oscillator based on Penning trapped ions

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2504.07376v1
• Date: Thu, 10 Apr 2025 01:32:05 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2025-04-11 12:20:19.659137
• Title: Theoretical study on rotation measurement with a quantum vibration oscillator based on Penning trapped ions
• Title（参考訳）: 量子振動子を用いたペニングトラップイオンの回転測定に関する理論的研究
• Authors: Yao Chen, Ruyang Guo, Ju Guo, Yintao Ma, Libo Zhao,
• Abstract要約: 本研究では,コリオリ力誘起軸発振振幅を精度良く測定し,入力速度を推定した。 イオン結晶の軸方向における質量運動の中心は、イオンのスピンとレーザーによる調和運動との絡み合いによって正確に検出できる。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 2.4264992730265935
• License:
• Abstract: In traditional mechanics, harmonic oscillators can be used to measure force, acceleration, or rotation. Herein, we describe a quantum harmonic oscillator based on a penning trapped calcium ion crystal. Similar to traditional oscillators, the Coriolis force induced axial oscillation amplitude is precisely measured to determine the input velocity. We show that the magnetron motion can be controlled through the rotating wall driving and treated as the driving oscillator. The Coriolis force couples with the magnetron motion and induces vibration in the axial direction or the $z$ direction. The center of mass motion of the ion crystal in the axial direction could be precisely detected by the entanglement between the spins of the ions and the harmonic motion through lasers. The frequency of the magnetron motion needs to meet that of the axial motion under certain conditions and thus the axial motion could be tuned to the resonance peak for maximum detection signal. We gave the parameter spaces for the meeting of the magnetron frequencies to that of the axial frequencies. The measurement sensitivity was calculated in details and results show that rotation angular velocity of $3.0\times10^{-9}rad/s/\sqrt{Hz}$ could achieve with 10000 ions. Amplitude sensing could reach sensitivity of 0.4$pm/\sqrt{Hz}$. With spin squeezing, the sensitivity could be further improved.
• Abstract（参考訳）: 従来の力学では、力、加速度、回転を測定するために調和振動子を用いることができる。 ここでは, 量子調和振動子について述べる。 従来の振動子と同様に、コリオリ力誘起軸発振振幅を正確に測定して入力速度を決定する。 回転壁駆動によりマグネトロン運動を制御でき、駆動発振器として扱われることを示す。 コリオリはマグネトロン運動と結合し、軸方向または$z$方向の振動を誘導する。 イオン結晶の軸方向における質量運動の中心は、イオンのスピンとレーザーによる調和運動との絡み合いによって正確に検出できる。 マグネトロン運動の周波数は一定の条件下での軸運動の周波数を満たす必要があるため、最大検出信号のために軸運動を共鳴ピークに調整することができる。 磁石周波数の整合に対するパラメータ空間を軸周波数の整合に与えた。 測定感度は細部で計算され、その結果、回転角速度が$3.0\times10^{-9}rad/s/\sqrt{Hz}$は10000イオンで達成できることが示された。 振幅センシングは0.4$pm/\sqrt{Hz}$の感度に達する。 スピンスクイーズにより、感度がさらに向上する可能性がある。

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