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精密測定：光ピンセット時計における30秒スケールの原子コヒーレンスと高い相対安定度
Nature 588, 7838 doi: 10.1038/s41586-020-3009-y
同一の量子系からなる、低エントロピーで高コヒーレントな大規模集団の生成は、量子計測学、量子シミュレーション、量子情報における多くの研究の基本である。しかし、これらの特性を同時に実現することは、原子系や凝縮物質系全般の量子科学において依然として中心的な課題となっている。今回我々は、光ピンセットに捕捉されたアルカリ土類（ストロンチウム88）原子の望ましい特性を活用し、スケーラビリティー、高忠実度状態準備、部位分解能の読み出し、原子コヒーレンスの保存のバランスを取りながら、光ポテンシャルを目的に合わせて調整する複合的な手法について報告する。我々はこの手法を用いて、約150個の原子の集団において、40秒を超える捕捉と光時計励起状態の寿命を実現した。これによって、光時計遷移において、1016を優に上回るQ値に相当する、30秒スケールの原子コヒーレンスが得られた。こうしたコヒーレンス時間と原子数によって、量子射影雑音の影響が、光格子を用いて数千個の原子を平行して調べる最先端の原子系と同程度のレベルまで低減された。その結果、光ピンセットアレイ内の部分集団同士の間の同期時計比較に関する、5.2(3) × 10−17τ−1/2（τ：秒で表される平均時間）という相対的な分数周波数安定度が得られた。今回の結果は、この系で得られる微視的な制御と読み出しをさらに組み合わせれば、目的に合わせて調整された原子アレイの光時計遷移における長寿命エンタングルメントへの道を開くものである。
