論文の概要: Quantum sensing of low-frequency electric signal enabled by modulated auxiliary field in Rydberg atoms

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2607.18740v1
• Date: Tue, 21 Jul 2026 06:03:38 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2026-07-22 19:05:05.32142
• Title: Quantum sensing of low-frequency electric signal enabled by modulated auxiliary field in Rydberg atoms
• Title（参考訳）: Rydberg原子の変調補助場による低周波電気信号の量子センシング
• Abstract要約: 本稿では,Rydberg原子の変調補助場を用いた低周波電気信号の量子センシング手法を提案する。 5kHzで7.5 pm 2.6mathrmV/(cmcdot Hz1/2)$,0.26 pm 0.04mathrmV/cm$で積分時間1000 sで最小検出できる。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 3.4592888406058084
• License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
• Abstract: Rydberg atoms have emerged as a versatile and efficient platform for high-sensitivity quantum sensing of free-space electric fields, with remarkable progress in detecting low-frequency signals. To date, low-frequency Rydberg receivers have relied on a constant bias field, typically realized via intra-cell electrodes or Rydberg plasmas generated by photoelectric effects or inter-atomic interactions. While these approaches improve sensitivity, they suffer from inherent challenges in calibration, long-term stability, and robustness, hindering practical deployment. Here, we propose, design, and experimentally demonstrate a quantum sensing scheme for low-frequency electric signals using modulated auxiliary fields in Rydberg atoms. Unlike conventional methods that employ external DC electric fields that are often fully shielded by adsorbed atom layers on the cell walls, we introduce an AC-field modulation strategy. The incoming low-frequency signal mixes with the auxiliary field, and together they induce Stark shifts of the Rydberg level. These shifts are mapped onto the probe laser via electromagnetically induced transparency (EIT), in a manner analogous to heterodyne detection. We demonstrate a sensitivity of $7.5 \pm 2.6~\mathrm{μV/(cm\cdot Hz^{1/2})}$ at 5 kHz and a minimal detectable field of $0.26 \pm 0.04~\mathrm{μV/cm}$ with an integration time of 1000 s. Furthermore, we extend this approach to systematically analyze the performance of generalized auxiliary fields containing multiple frequency components. By virtue of modulated auxiliary field and quantum frequency mixing, our results establish a robust and systematic framework for quantum sensing of low-frequency electric fields with Rydberg atoms, offering improved sensitivity, stability, and immunity to environmental drifts.
• Abstract（参考訳）: ライドバーグ原子は自由空間電場に対する高感度量子センシングのための汎用的で効率的なプラットフォームとして登場し、低周波信号の検出に顕著な進歩を遂げている。 これまで、低周波リドベルク受信機は、光電効果や原子間相互作用によって生じるセル内電極またはリドベルクプラズマを介して実現される一定のバイアス場に依存してきた。 これらのアプローチは感度を向上させるが、キャリブレーションや長期的な安定性、堅牢性といった固有の課題に悩まされ、実際の展開を妨げている。 本稿では、Rydberg原子の変調補助場を用いた低周波電気信号の量子センシング手法を提案し、設計し、実験的に実証する。 外部直流電界をセル壁の吸着原子層で完全に遮蔽する従来の方法とは異なり, 交流電界変調方式を導入する。 入ってくる低周波信号は補助電場と混ざり合い、共にリンドバーグレベルのスタークシフトを誘導する。 これらのシフトは、ヘテロダイン検出と似た方法で、電磁誘導透過(EIT)を介してプローブレーザーにマッピングされる。 5kHzで$7.5 \pm 2.6~\mathrm{μV/(cm\cdot Hz^{1/2})} の感度を示し、最小検出可能場は$0.26 \pm 0.04~\mathrm{μV/cm}$で、積分時間は1000 sである。 さらに,複数の周波数成分を含む一般化補助場の性能を系統的に解析するために,本手法を拡張した。 調整された補助場と量子周波数混合により、リドベルク原子を用いた低周波電界の量子センシングのための頑健で体系的な枠組みを確立し、環境ドリフトに対する感度、安定性、免疫性を向上した。

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