在原子系统中，量子态的控制产生了迄今为止最精确的光学原子钟optical atomic clocks。目前，光学原子钟的灵敏度受制于标准量子极限，这是量子力学为不相关粒子设定的基本底线，然而，当用量子纠缠粒子操作时，可以克服这一限制。然而，在现实世界的传感器中，展示这一量子优势，依然极具挑战。
今日，奥地利 因斯布鲁克大学（Universität Innsbruck）Johannes Franke，Christian F. Roos等，在Nature上发文，报道了一种全新路径，即在光学跃迁中，利用大尺度量子纠缠，并基于多达51个离子的一维链，其相互作用衰减为离子分离的幂律函数。还展示了该传感器，可以模拟单轴扭曲one-axis-twisting (OAT)模型的许多特征，该模型是一种标志性的全连接模型，已知可生成可扩展的挤压和Greenberger–Horne–Zeilinger-like态。该量子态的集体性质表现在总横向磁化的保持、结构因子的小幅增长，即在有限动量下的自旋波激发 spin-wave excitations (SWE)，与单轴扭曲OAT相当的自旋压缩产生（仅对于n=12个离子，Wineland参数为-3.9±0.3dB）以及Q分布中，多头猫态形式的非高斯态发展。在Ramsey型干涉仪中，还演示了量子态的计量效用，并将测量不确定度降低了-3.2±0.5dB，低于N=51个离子的标准量子极限。![]()
Quantum-enhanced sensing on optical transitions through finite-range interactions. ![]()
图1:基于非集体相互作用，实现自旋挤压squeezing。
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图2:结构因子 | Structure factor。
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图3:Husimi Q分布。
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图4:具有51个量子位的自旋相干coherent spin state，CSS和自旋压缩态spin-squeezed state，SSS的相位估计。
Franke, J., Muleady, S.R., Kaubruegger, R. et al. Quantum-enhanced sensing on optical transitions through finite-range interactions. Nature (2023). https://doi.org/10.1038/s41586-023-06472-zhttps://www.nature.com/articles/s41586-023-06472-z声明：仅代表译者个人观点，小编水平有限，如有不当之处，请在下方留言指正！