量子物理学：高フィネス共振器におけるエンタングルメント増強物質波干渉法

原子集団は、2つの異なる状態の重ね合わせに原子を配置することによって、量子センサーとして動作させることができる。このセンサーを測定すると、各原子は2つの状態のうちの1つに個別に射影される。原子間に量子相関を生じさせる、すなわち原子をエンタングルさせることで、個々の原子の射影によって決まる標準量子限界を超える分解能が得られる可能性がある。レーザー冷却された原子集団の内部自由度が関わる大量のエンタングルメントが、多数の原子が単一の光共振器モードと同時に相互作用している集団共振器量子電磁力学系において生成されている。今回我々は、700個の原子がそれらの外部自由度においてエンタングルした共振器量子電磁力学系における、物質波干渉計について報告する。この系では、個々の原子はそれぞれ重力下で自由落下し、他の原子とエンタングルしながら空間中の2つの経路を同時に通過する。我々は、量子非破壊測定と、スクイーズド運動量状態を生成する共振器媒介スピン相互作用の両方を、それぞれ標準量子限界を下回る3.4^+1.1_−0.9 dBと2.5^+0.6_−0.6 dBという感度の直接観測によって実証した。我々はまた、エンタングル状態をマッハ–ツェンダー光パルス干渉計に注入することに成功し、標準量子限界を下回る1.7^+0.5_−0.5 dBという感度を直接観測した。今回の手法における粒子の非局在化とエンタングルメントの組み合わせは、強化された慣性センサーの開発、新しい物理と粒子と場の探索、将来の先進的な重力波検出器、平均場量子多体物理の先に至る方法に影響を及ぼす可能性がある。

目次へ戻る