量子物理学：モードエンタングルしたスピンスクィーズド原子状態による分散型量子センシング

量子センサーは、精密計時、フィールドセンシング、量子通信に用いられている。これらのセンサーの分散型ネットワーク間の比較によって、例えば、異なる場所にある時計を同期させることができる。センサーネットワークの性能は、技術的な課題のみならず、ネットワークの実現に使われる量子状態に付随する固有の雑音によって制限される。各ノードで空間的に局在したエンタングルメントだけを用いたネットワークでは、ネットワークの雑音性能は、せいぜいノード数の平方根でしか向上させられない。今回我々は、ネットワークノード間の空間的に分散したエンタングルメントによって、ネットワークサイズとともに、得られるスケーリングがさらに向上することを実証している。量子非破壊測定の共有によって、最高4ノードの時計ネットワークがエンタングルされる。このネットワークでは、空間的に分散したエンタングルメントのないネットワークと比較して最高4.5デシベル、量子射影ノイズ限界で動作するセンサーのネットワークと比較して11.6デシベル高い精度が得られる。我々は、センサー出力の本質的な差分比較のために最適化された科学技術的に適切な構成で、原子時計と原子干渉計のプロトコルを用いたこの手法の一般性を実証している。

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