論文の概要: Effective Faraday interaction between light and Helium-3 nuclear spins in a multi-pass cell

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2606.20328v1
• Date: Thu, 18 Jun 2026 15:04:28 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2026-06-19 18:23:39.933641
• Title: Effective Faraday interaction between light and Helium-3 nuclear spins in a multi-pass cell
• Title（参考訳）: マルチパスセルにおける光とヘリウム3核スピンの効果的ファラデー相互作用
• Authors: Kaiwen Yi, Yida Sha, Zejia Lin, Matteo Fadel, Xiang Peng,
• Abstract要約: ヘリウム3核スピンは、非常に長いコヒーレンス時間を持つ非常に安定な量子系を形成する。 これらすべての応用における中心的な課題は、制御可能な光核スピンインターフェースの実現である。 室温での低圧ヘリウム3ガスセルにおける準安定・交換衝突を利用した界面実験を行った。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 4.385628263972571
• License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
• Abstract: Helium-3 nuclear spins form an exceptionally stable quantum system with extremely long coherence time, offering exciting opportunities for quantum technologies. In particular, nuclear spin-squeezed states promise enhanced precision for sensing tasks and tests of new physics. A central challenge for all these applications is the realization of a controllable light-nuclear spin interface. Here we experimentally demonstrate such an interface by exploiting metastability-exchange collisions in a low-pressure helium-3 gas cell at room temperature. A radio-frequency discharge produces a small population of metastable atoms that both enables efficient optical pumping and mediates an effective Faraday interaction between the collective nuclear spin and an optical probe. We quantitatively characterize the strength of this interaction as a function of the nuclear polarization, applied magnetic field, and probe-beam parameters. Moreover, we show that using a multi-pass cell enhances this interaction by effectively increasing the optical depth. Extrapolating to a tenfold increase of the probe power used in the present experiment, we project a measurement-induced squeezing rate of 0.52 s$^{-1}$. Our results provide a practical pathway for optical access to helium-3 nuclear spins and open prospects for generating long-lived, macroscopic nuclear spin-squeezed states for quantum metrology.
• Abstract（参考訳）: ヘリウム3核スピンは、非常に長いコヒーレンス時間を持つ非常に安定な量子系を形成し、量子技術にエキサイティングな機会を与える。 特に、核スピンスクイーズ状態は、新しい物理学のタスクやテストの精度を高めることを約束している。 これらすべての応用における中心的な課題は、制御可能な光核スピンインターフェースの実現である。 室温での低圧ヘリウム3ガスセルにおける準安定・交換衝突を利用した界面実験を行った。 高周波放電は少数の準安定原子を発生させ、どちらも効率的な光ポンピングを可能にし、集合核スピンと光学プローブの間の効果的なファラデー相互作用を仲介する。 我々は、この相互作用の強度を、核分極、磁場、プローブビームパラメータの関数として定量的に特徴づける。 さらに,光深度を効果的に増大させることにより,マルチパスセルの利用によりこの相互作用が促進されることを示す。 本実験で使用したプローブパワーの10倍の増大に乗じて, 測定誘起スクイーズ率0.52 s$^{-1}$を予測した。 この結果は、ヘリウム3核スピンへの光学的アクセスのための実用的な経路を提供し、量子メトロジーのための長寿命でマクロな核スピンスクイーズ状態を生成するためのオープンな展望を提供する。

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