論文の概要: Sensing Low-Frequency Field with Rydberg Atoms via Quantum Weak Measurement

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2603.09518v1
• Date: Tue, 10 Mar 2026 11:21:40 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2026-03-11 15:25:24.251079
• Title: Sensing Low-Frequency Field with Rydberg Atoms via Quantum Weak Measurement
• Title（参考訳）: 量子弱測定によるライドバーグ原子による低周波場検出
• Authors: Ding Wang, Shenchao Jin, Xiayang Fan, Hongjing Li, Jiatian Liu, Jingzheng Huang, Guihua Zeng, Yuan Sun,
• Abstract要約: ライドバーグ原子は低周波電界の量子センシングを実現するための魅力的な選択として現れてきた。 ライドバーグ状態に作用する外部磁場は、ライドバーグ電磁誘導透過系におけるプローブレーザーの偏光変動を誘導することができる。 我々はこの現象を実験的に観察し、偏光度を適切に利用して信号抽出を実現する。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 11.333883299027361
• License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
• Abstract: Recently, Rydberg atom has emerged as an attractive choice to realize quantum sensing of low-frequency electric field. The progress so far has mostly utilized the intensity and phase changes in probe laser and the corresponding detection mechanism still remains classical. Nevertheless, external field acting on the Rydberg state can induce the polarization variation of probe laser in the Rydberg electromagnetically induced transparency (EIT) system embedded in realistic multi-state atoms. We experimentally observe this phenomenon and realize signal extraction by appropriately utilizing the polarization degrees of freedom. Based on such a mechanism, we further design and implement a quantum weak measurement scheme, which clearly suppresses the technical noise and leads to considerable improvement of performance. Evaluation of the sensitivities across different post-selection angles demonstrates that the weak measurement results agree well with the theoretical model predictions. The advantages of our method are analyzed from multiple aspects, including characterizing the responses over different frequencies and comparing the responses of the weak measurement scheme and the traditional transmission-based method. After accounting for the screening effect of a measured ratio 17\% where the $^\text{87}$Rb atoms experience a substantially reduced field inside the glass cell, the performance reaches 33 $μ\text{V}~\text{cm}^\text{-1}~\text{Hz}^\text{-1/2}$ in sensitivity and 1.0 $μ\text{V/cm}$ in minimal detectable field for an integration time of 1000 s, as perceived by the atoms.
• Abstract（参考訳）: 近年、Rydberg原子は低周波電界の量子センシングを実現するための魅力的な選択として現れている。 これまでの進歩は主にプローブレーザーの強度と位相変化を利用しており、それに対応する検出機構は古典的のままである。 それでも、リドベルク状態に作用する外部磁場は、現実的な多状態原子に埋め込まれた電磁誘導透過(EIT)系におけるプローブレーザーの偏光変動を誘導することができる。 我々はこの現象を実験的に観察し、偏光度を適切に利用して信号抽出を実現する。 このようなメカニズムに基づいて、我々は、技術的ノイズをはっきりと抑制し、性能を著しく向上させる量子弱測定方式をさらに設計し、実装する。 選択後角度の異なる感度の評価は、弱い測定結果が理論モデル予測とよく一致していることを示す。 提案手法の利点は,周波数の異なる応答を特徴付けること,弱い測定方式と従来の伝送方式の応答を比較することなど,複数の側面から分析される。 測定比17\%のスクリーニング効果を考慮し、例えば、$^\text{87}$Rb原子がガラスセル内部で大幅に縮小された磁場を経験し、その性能は、感度が33$μ\text{V}~\text{cm}^\text{-1}~\text{Hz}^\text{-1/2}$と、原子が知覚する最小1000秒の積分時間で1.0$μ\text{V/cm}$に達する。

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