Letter 物理：単一イオンの量子ロックイン増幅器 2011年5月5日 Nature 473, 7345 doi: 10.1038/nature10010 量子計測学では、量子情報科学の手段を使って測定の信号対雑音比を改善する。難しいのは、ノイズへの感受性を低くしながら感度を上げるという、多くの場合相いれない問題である。ロックイン測定は、雑音から信号をスペクトル的に分離して、この難問を解決するように設計された検出方法である。本論文では、古典ロックイン増幅器の量子版を実現した結果を報告する。変調、検出およびミキシングというロックイン操作すべてが、非可換な量子演算子を適用することで単一のトラップされたSr+イオンの電子スピン状態に対して実行された。外部磁場に対する感度を著しく高めることができ、位相コヒーレンスは3桁、つまり1秒以上に向上した。この技術を使って、0.42 Hz Hz −1/2の感度（15 pT Hz−1/2の磁場測定感度に相当する）で周波数シフトを測定し、3,720秒の平均化の後、不確かさは10 mHz（350 fT）以下となった。このような感度は量子射影雑音によって制限され、他の単一スピンプローブ技術よりも2桁改善されている。ここで報告した感度は、パリティ非保存の測定や、イオン検出器から1ミクロンの距離にある単一電子スピンの磁場をナノメートルの分解能で検出するのに十分である。最初の応用として、狭い光学四重極遷移の光シフト分光測定を行った。したがって、量子ロックイン技術は一般的な技術であり、どのような量子センサーの感度も高める可能性があることは特に重要である。 Full Text PDF 目次へ戻る
