論文の概要: Phonon-induced two-axis spin squeezing with decoherence reduction in hybrid spin-optomechanical system

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2510.07068v1
• Date: Wed, 08 Oct 2025 14:32:00 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2025-10-09 16:41:20.557013
• Title: Phonon-induced two-axis spin squeezing with decoherence reduction in hybrid spin-optomechanical system
• Title（参考訳）: ハイブリッドスピン-オプトメカニクス系におけるフォノン誘起二軸スピンスクイーズとデコヒーレンス低減
• Authors: Feng Qiao, Zu-Jian Ying,
• Abstract要約: 本論文では,ハイゼンベルク限定スピンスクイーズ方式をハイブリッドキャビティ・オプティメカル・スピンシステムに実装する手法を提案する。 本システムでは,標準的なオプティメカルセットアップにおいて,Tavis-Cummings相互作用を機械共振器(MR)に結合する。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 1.2795719804631924
• License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
• Abstract: We propose a scheme to implement Heisenberg-limited spin squeezing in a hybrid cavity optomechanical-spin system. In our system, $N$ two-level systems are coupled via Tavis-Cummings interactions to a mechanical resonator (MR) in a standard optomechanical setup. Within the dispersive coupling regime, adiabatic elimination of the optical mode induces a squeezing effect on the MR, which, in the squeezed representation, effectively transforms the collective spin operators into a Bogoliubov form. Under large detuning conditions, the phonon mode mediates interactions among the Bogoliubov collective spins, thereby enabling a two-axis twisting squeezing protocol through appropriate parameter tuning. Both theoretical analysis and numerical simulations show that in the presence of dephasing and phonon dissipation, the maximum squeezing degree asymptotically converges to a constant as $N$ increases, which implies the metrological precision asymptotically approaches the standard quantum limit without parameter optimization. Nevertheless, in parameter optimization we extract a scaling relation of the optimal squeezing which surpasses existing schemes in the literature. Moreover, the optimization also leads to a considerable reduction of the preparation time for the optimal squeezing. Our work may provide insights into dissipation effects in spin squeezing and offer a potential route for high-precision quantum metrology in many-body systems.
• Abstract（参考訳）: 本論文では,ハイゼンベルク限定スピンスクイーズ方式をハイブリッドキャビティ・オプティメカル・スピンシステムに実装する手法を提案する。 本システムでは,標準的なオプティメカルセットアップにおいて,Tavis-Cummings相互作用を機械共振器(MR)に結合する。 分散結合状態の中では、光学モードの断熱的除去はMRのスクイーズ効果を誘導し、圧縮された表現では、集合スピン作用素をボゴリューボフ形式に効果的に変換する。 大規模なデチューニング条件下では、フォノンモードはボゴリューボフ集合スピン間の相互作用を媒介し、適切なパラメータチューニングによって2軸ツイスト・スキーズ・プロトコルを実現する。 理論解析と数値シミュレーションの両方で、デファーズとフォノンの散逸の存在下では、最大スキーズ度が漸近的に定数に収束すると、N$が増加すると、メートル法精度がパラメータ最適化なしで標準量子極限に漸近的に近づくことが示されている。 それにもかかわらず、パラメータ最適化では、文献の既存のスキームを超越した最適なスクイーズ処理のスケーリング関係を抽出する。 さらに、最適化により、最適なスクイーズのための準備時間が大幅に短縮される。 我々の研究は、スピンスクイーズにおける散逸効果の洞察を与え、多体系における高精度量子力学の潜在的経路を提供するかもしれない。

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