論文の概要: Clock precision beyond the Standard Quantum Limit at $10^{-18}$ level

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2505.04538v1
• Date: Wed, 07 May 2025 16:15:25 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2025-05-08 19:07:36.146597
• Title: Clock precision beyond the Standard Quantum Limit at $10^{-18}$ level
• Title（参考訳）: 10^{-18}$レベルでの標準量子限界を超えるクロック精度
• Authors: Y. A. Yang, Maya Miklos, Yee Ming Tso, Stella Kraus, Joonseok Hur, Jun Ye,
• Abstract要約: 高精度で精度の低い光学原子時計は、精密測定科学のフロンティアを前進させた。 クロック精度の基本的な制限は標準量子限界(Standard Quantum Limit)であり、これは各原子の非相関な投射ノイズに由来する。 ここでは、1つのスピンスクイーズクロックに対して1.1$times 10-18$の分数周波数精度を示す。 これらの結果は、現在の最も正確な絡み合いの時計を確立し、重力と量子絡み合いの相互作用を探索するための強力なプラットフォームを提供する。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.4379805041989628
• License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
• Abstract: Optical atomic clocks with unrivaled precision and accuracy have advanced the frontier of precision measurement science and opened new avenues for exploring fundamental physics. A fundamental limitation on clock precision is the Standard Quantum Limit (SQL), which stems from the uncorrelated projection noise of each atom. State-of-the-art optical lattice clocks interrogate large ensembles to minimize the SQL, but density-dependent frequency shifts pose challenges to scaling the atom number. The SQL can be surpassed, however, by leveraging entanglement, though it remains an open problem to achieve quantum advantage from spin squeezing at state-of-the-art stability levels. Here we demonstrate clock performance beyond the SQL, achieving a fractional frequency precision of 1.1 $\times 10^{-18}$ for a single spin-squeezed clock. With cavity-based quantum nondemolition (QND) measurements, we prepare two spin-squeezed ensembles of $\sim$30,000 strontium atoms confined in a two-dimensional optical lattice. A synchronous clock comparison with an interrogation time of 61 ms achieves a metrological improvement of 2.0(2) dB beyond the SQL, after correcting for state preparation and measurement errors. These results establish the most precise entanglement-enhanced clock to date and offer a powerful platform for exploring the interplay of gravity and quantum entanglement.
• Abstract（参考訳）: 高精度で精度の低い光原子時計は、精密測定科学のフロンティアを前進させ、基礎物理学を探求するための新たな道を開いた。 クロック精度の基本的な制限は標準量子限界(SQL)であり、これは各原子の非相関な射影ノイズに由来する。 最先端の光学格子時計はSQLの最小化のために大きなアンサンブルを問うが、密度依存の周波数シフトは原子番号のスケーリングに挑戦する。 しかし、SQLは絡み合いを利用することで超えることができるが、現状の安定性のレベルでスピンスクイーズをすることで量子的優位性を達成するには、依然として未解決の問題である。 ここでは、SQL以外のクロック性能を実証し、1つのスピンキュークロックに対して1.1$\times 10^{-18}$の分数周波数精度を達成する。 キャビティベースの量子非破壊測定(QND)により、2次元光学格子に閉じ込められた$$\sim$30,000ストロンチウム原子の2つのスピンスクイーズアンサンブルを調製する。 問合せ時間61msの同期クロック比較は、状態準備と測定誤差の修正後、SQLを超える2.0(2)dBの気象学的改善を実現する。 これらの結果は、現在の最も正確な絡み合いの時計を確立し、重力と量子絡み合いの相互作用を探索するための強力なプラットフォームを提供する。

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