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量子物理学：エンタングルした光原子時計の基本的な量子ネットワーク
Nature 609, 7928 doi: 10.1038/s41586-022-05088-z
光原子時計は、時間や周波数を測定する最も精密なツールである。別個の場所にある時計の間の精密な周波数比較によって、基本定数の時空間的変化や暗黒物質の性質を探り、測地学的研究を行い、系統的な時計のずれを評価することが可能になる。独立した系での測定は、標準量子限界によって制限されるが、エンタングルした系での測定は、標準量子限界を超えて、量子論が許す究極の精度であるハイゼンベルク限界に達することができる。局所的なエンタングル操作によって、微視的距離でこうした精度が向上することが実証されているが、遠く離れた原子時計を比較するには、内在する相互作用のない系の間で高忠実度のエンタングルメントを迅速に生じさせる必要がある。今回我々は、フォトニックリンクを用いて、巨視的距離（約2 m）離れた2つの88Sr+イオンをエンタングルさせ、エンタングルした光時計の基本的な量子ネットワークを実証したことを報告する。これらのイオン間の周波数比較については、エンタングルメントによって、測定の不確かさがハイゼンベルク限界で予測される値である約√2減少することが見いだされた。現在の光時計はプローブレーザーの離調によって制限されることが多く、この領域では、エンタングルメントによって、測定の不確かさが従来の相関分光法と比べて2分の1に減少することが見いだされた。我々は、この精度向上を、時計の一方に加えられた周波数シフトの測定において実証した。今回の2ノードのネットワークは、より多くのノードや他の種類の捕捉粒子に、さらには局所操作を通してより大きなエンタングルした系にも拡張できる可能性がある。
