Interferometri atomici differenziali e orologi quantistici con scambio di spin-squeezing

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Robin Corgier^1,2, Marco Malitesta¹, Augusto Smerzi¹e Luca Pezzè¹

¹QSTAR, INO-CNR e LENS, Largo Enrico Fermi 2, 50125 Firenze, Italia.
²LNE-SYRTE, Osservatorio di Parigi, Université PSL, CNRS, Università della Sorbona 61 avenue de l'Observatoire, 75014 Parigi, Francia

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Astratto

Grazie alla reiezione del rumore di modo comune, le configurazioni differenziali sono cruciali per applicazioni realistiche di stima di fase e frequenza con interferometri atomici. Attualmente, i protocolli differenziali con particelle non correlate e impostazioni modalità separabili raggiungono una sensibilità limitata dal limite quantistico standard (SQL). Qui mostriamo che l'interferometria differenziale può essere intesa come un problema di stima multiparametrica distribuita e può trarre vantaggio sia dalla modalità che dall'entanglement delle particelle. Il nostro protocollo utilizza un singolo stato spin-squeezed che viene scambiato in modalità tra le modalità interferometriche comuni. Lo scambio di modalità è ottimizzato per stimare lo sfasamento differenziale con sensibilità sub-SQL. I calcoli numerici sono supportati da approssimazioni analitiche che guidano l'ottimizzazione del protocollo. Lo schema viene testato anche con la simulazione del rumore negli orologi atomici e negli interferometri.

Interferometri atomici differenziali e orologi quantistici con scambio di spin-squeeking PlatoBlockchain Data Intelligence. Ricerca verticale. Ai.

Riepilogo popolare

Grazie alla reiezione del rumore di modo comune, le configurazioni differenziali sono cruciali per applicazioni realistiche di stima di fase e frequenza con interferometri atomici.
Attualmente, i protocolli differenziali con particelle non correlate e impostazioni modalità separabili raggiungono una sensibilità limitata dal limite quantistico standard (SQL).
Qui mostriamo che l'interferometria differenziale può essere intesa come un problema di stima multiparametrica distribuita e può trarre vantaggio sia dalla modalità che dall'entanglement delle particelle.
Il nostro protocollo utilizza un singolo stato spin-squeezed che viene scambiato in modalità tra le modalità interferometriche comuni.
Lo scambio di modalità è ottimizzato per stimare lo sfasamento differenziale con sensibilità sub-SQL.

► dati BibTeX

@article{Corgier2023quantumenhanced, doi = {10.22331/q-2023-03-30-965}, url = {https://doi.org/10.22331/q-2023-03-30-965}, titolo = {Quantum- interferometri atomici differenziali potenziati e orologi con scambio di spin-squeezing}, autore = {Corgier, Robin e Malitesta, Marco e Smerzi, Augusto e Pezz{`{e}}, Luca}, journal = {{Quantum}}, issn = { 2521-327X}, editore = {{Verein zur F{“{o}}rderung des Open Access Publizierens in den Quantenwissenschaften}}, volume = {7}, pagine = {965}, mese = mar, anno = {2023} }

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, Tra i coefficienti $theta_{rm MS}$, $varphi_{rm MS}$ dell'Eq. valgono le seguenti relazioni. (3) e $|u_{bb}|$, $|u_{cb}|$, $delta_{cb}$ nell'eq. (9): $|u_{bb}|=cos{theta_{rm MS}}$, $|u_{cb}|=sin{theta_{rm MS}}$, $delta_{cb}=varphi_{rm MS }-pi greco/2$.

, Prendiamo uno stato entangled di particelle $N_A$ e uno stato di spin coerente di particelle $N_B = N- N_A$ negli interferometri $A$ e $B$, rispettivamente. Per il caso modalità separabile abbiamo $Delta^2 (theta_A – theta_B) = Delta^2 theta_A + Delta^2 theta_B$. Supponiamo che $Delta^2 theta_A ll Delta^2 theta_B=1/N_B$. L'ottimizzazione di $Delta^2 (theta_A – theta_B)$ rispetto a $N_A$, dà $Delta^2 (theta_A – theta_B) sim 1/N$. Se invece due interferometri hanno lo stesso numero di particelle, $N_A = N_B = N/2$, otteniamo $Delta^2 (theta_A – theta_B) sim 2/N$.

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Citato da

[1] Holger Ahlers, Leonardo Badurina, Angelo Bassi, Baptiste Battelier, Quentin Beaufils, Kai Bongs, Philippe Bouyer, Claus Braxmaier, Oliver Buchmueller, Matteo Carlesso, Eric Charron, Maria Luisa Chiofalo, Robin Corgier, Sandro Donadi, Fabien Droz, Robert Ecoffet, John Ellis, Frédéric Estève, Naceur Gaaloul, Domenico Gerardi, Enno Giese, Jens Grosse, Aurélien Hees, Thomas Hensel, Waldemar Herr, Philippe Jetzer, Gina Kleinsteinberg, Carsten Klempt, Steve Lecomte, Louise Lopes, Sina Loriani, Gilles Métris, Thierry Martin, Victor Martín, Gabriel Müller, Miquel Nofrarias, Franck Pereira Dos Santos, Ernst M. Rasel, Alain Robert, Noah Saks, Mike Salter, Dennis Schlippert, Christian Schubert, Thilo Schuldt, Carlos F. Sopuerta, Christian Struckmann, Guglielmo M Tino, Tristan Valenzuela, Wolf von Klitzing, Lisa Wörner, Peter Wolf, Nan Yu e Martin Zelan, "STE-QUEST: Space Time Explorer e Quantum Equivalence Principle Space Test", arXiv: 2211.15412, (2022).

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Timestamp: 30 Marzo 2023

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Interferometri e orologi differenziali di atomi potenziati dalla quantità con scambio di spin-squeezing

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