論文の概要: Bayesian Frequency Metrology with Optimal Ramsey Interferometry in Optical Atomic Clocks

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2505.04287v1
• Date: Wed, 07 May 2025 09:46:29 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2025-05-08 19:07:36.035022
• Title: Bayesian Frequency Metrology with Optimal Ramsey Interferometry in Optical Atomic Clocks
• Title（参考訳）: 光原子時計における最適ラムゼー干渉法によるベイズ周波数メトロロジー
• Authors: Timm Kielinski, Klemens Hammerer,
• Abstract要約: 本研究は,レーザー雑音に対するエンタングルメント強化感度とロバスト性の間のトレードオフを,最適初期状態を特定するために検討する。 この研究はラムゼーの尋問スキームを最適化するための包括的な理論的枠組みを確立する。 次世代の光原子時計の開発のためのガイダンスを提供する。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
• License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
• Abstract: Frequency metrology is a cornerstone of modern precision measurements and optical atomic clocks have emerged as the most precise measurement devices. In this progress report, we explore various Ramsey interrogation schemes tailored to optical atomic clocks primarily limited by laser noise. To incorporate frequency fluctuations directly into the theoretical model, we consider a Bayesian framework. In this context, we review fundamental bounds arising in Bayesian estimation theory, which serve as a benchmark throughout this work. We investigate the trade-off between entanglement-enhanced sensitivity and robustness against laser noise in order to identify optimal initial states, measurement schemes and estimation strategies. Beside standard protocols based on coherent spin states, squeezed spin states and GHZ states, we consider variational Ramsey protocols implemented via low-depth quantum circuits based on one-axis twisting operations to approach optimal stability. In particular, we review known and identify new optimal interrogation schemes for a variety of scenarios, including different experimental platforms, ensemble sizes and regimes characterized by a wide range of interrogation durations and dead times. Hence, this work establishes a comprehensive theoretical framework for optimizing Ramsey interrogation schemes, providing guidance for the development of next-generation optical atomic clocks.
• Abstract（参考訳）: 周波数メートル法は現代の精密測定の基礎であり、最も正確な測定装置として光学原子時計が登場している。 本報告では、主にレーザーノイズに制限された光原子時計に適した様々なラムジー尋問手法について検討する。 周波数変動を直接理論モデルに組み込むため、ベイズ的枠組みを考える。 この文脈では、この研究を通じてベンチマークとして機能するベイズ推定理論における基礎的境界を概観する。 レーザ雑音に対するエンタングルメント強化感度とロバスト性の間のトレードオフについて検討し, 最適初期状態, 測定方法, 推定方法について検討した。 コヒーレントスピン状態、圧縮スピン状態、GHZ状態に基づく標準プロトコルとは別に、1軸ツイスト演算に基づく低深さ量子回路を用いて実装された変分ラムゼープロトコルを最適安定性にアプローチするために検討する。 特に、さまざまな実験プラットフォーム、アンサンブルサイズ、幅広い尋問期間とデッドタイムを特徴とするレギュレーションなど、様々なシナリオに対する新しい最適な尋問スキームについてレビューし、同定する。 したがって、この研究はラムゼーの尋問スキームを最適化するための包括的な理論的枠組みを確立し、次世代の光原子時計の開発のためのガイダンスを提供する。

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