量子物理学：双極子リュードベリ原子アレイにおけるスケーラブルなスピンスクイージング

標準量子限界は、非相関粒子のアンサンブルによって実現できる測定の精度を制限する。基本的に、この限界は量子力学の非可換性に起因し、量子射影ノイズと呼ばれることも多いゆらぎの存在の原因となる。量子計測は、多体系の非古典的状態の使用に依拠することで、標準量子限界を超えて測定精度を向上させる。これを実行するためにできることに、量子射影雑音の形状変換があり、この戦略はスクイージングと呼ばれる。多体スピン系の状況では、構成要素間の網羅的相互作用（例えば、一軸ひねりモデル）を用いて、スピンスクイージングに特徴的な構造化されたエンタングルメントを生成するのが一般的である。今回我々は、最近の理論的研究を契機として、短距離相互作用（特に、二次元双極子XYモデル）によっても、スケーラブルなスピンスクイージングを実現できるという予測を調べた。我々は、最大N = 100個の原子の双極子リュードベリ量子シミュレーターを用い、偏極した初期状態からのクエンチダイナミクスによって、スピンスクイージングが系のサイズの増加とともに、最大−3.5 ± 0.3 dB（検出誤差補正前、補正後では約−5 ± 0.3 dB）まで向上することを実証する。さらに我々は、2つの独立した改良点を示す。1つは、多段階のスピンスクイージングプロトコルの使用により、スクイージングをさらに約1 dB増強できるようになったことで、もう1つは、ハイゼンベルグ相互作用を実現するフロケエンジニアリングの活用で、スクイーズ状態のダイナミクスの凍結による寿命延長の可能性が実証されたことである。

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