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CNRS发表Nature-关于里德堡原子阵列 | 自旋压缩

标准量子极限standard quantum limit限制了不相关粒子系综所能达到的测量精度。从根本上说,这种限制源于量子力学的非交换性质,从而存在称之为量子投影噪声涨落quantum projection noise。量子计量学Quantum metrology依赖于基于多体系统的非经典态,用以提高测量精度,使其超过标准量子极限。要做到这一点,可以重塑量子投影噪声,即称之为自旋squeezing压缩的策略。在多体自旋系统的背景下,通常使用组分之间的全对全相互作用(例如,单轴扭曲模型one-axis twisting model),用以产生自旋压缩的结构化纠缠特性。

近日,法国国家科学研究中心(Centre national de la recherche scientifique,CNRS)Guillaume Bornet, Gabriel Emperauger, Cheng Chen, Bingtian Ye, Maxwell Block等,在Nature上发文,报道了最新的预测,即短程相互作用(特别是二维偶极XY模型dipolar XY model)也可以实现可扩展的自旋压缩。

基于高达N=100个原子的偶极里德堡量子模拟器,极化初始态的猝灭动力学产生了自旋压缩,其随着系统尺寸的增加而提高,最大可达−3.5±0.3dB(在校正探测误差之前,或校正后约为−5±0.3dB)。

最后,还提出了两个独立的改进:第一,基于多步自旋压缩实验,进一步增强压缩大约1dB;第二,利用Floquet工程,实现了海森堡相互作用,并展示了通过冻结其动力学,延长了压缩态寿命。

Nature-里德堡原子阵列 | 自旋压缩(图1)

Scalable spin squeezing in a dipolar Rydberg atom array在里德堡原子阵列中,自旋压缩。


Nature-里德堡原子阵列 | 自旋压缩(图2)

图1:在偶极里德堡原子阵列中,产生了自旋压缩态。

Nature-里德堡原子阵列 | 自旋压缩(图3)

图2:在N=6×6阵列中,自旋压缩的动力学演化。

Nature-里德堡原子阵列 | 自旋压缩(图4)

图3:在二维、铁磁、偶极XY模型中,可缩放自旋压缩。


Nature-里德堡原子阵列 | 自旋压缩(图5)

图4:多步自旋压缩实验协议。

Nature-里德堡原子阵列 | 自旋压缩(图6)

图5:冻结自旋挤压的Floquet工程。

(小注:基于极化初始态的瞬变动力学导致自旋压缩,在系统大小增加时自旋压缩改善,并且两个改进显示出进一步增强的压缩和挤压态寿命的扩展。)

文献链接 

Bornet, G., Emperauger, G., Chen, C. et al. Scalable spin squeezing in a dipolar Rydberg atom array. Nature (2023). 

https://doi.org/10.1038/s41586-023-06414-9

https://www.nature.com/articles/s41586-023-06414-9

本文译自Nature。

来源:今日新材料