Article
量子物理学：有限距離相互作用を通した光学遷移における量子増強センシング
Nature 621, 7980 doi: 10.1038/s41586-023-06472-z
原子系の量子状態の制御によって、これまでで最も正確な光原子時計が得られている。今のところその感度は、無相関粒子について量子力学によって規定される基本的下限である、標準量子限界によって制限されているが、この限界はエンタングルした粒子を用いて操作すれば克服できる。しかし、現実世界のセンサーにおいて量子優位性を実証することは、極めて困難である。今回我々は、イオン間隔のべき乗則関数として減衰する相互作用をする最大51個のイオンの1D鎖を用いた光学遷移において、大規模エンタングルメントを利用する手法を説明する。我々は、今回のセンサーが、一軸ひねり（OAT）モデル（スケーラブルなスクイージングやグリーンバーガー–ホーン–ツァイリンガー様状態を生成することで知られる象徴的な全結合モデル）の多くの特徴をエミュレートできることを示す。状態の集団的性質が、全横磁化の保存、有限運動量における構造因子すなわちスピン波励起（SWE）の増大の低減、OATと同程度のスピンスクイージングの生成（わずかN = 12個のイオンについてワインランドパラメーターが−3.9 ± 0.3 dB）、Q分布における多頭猫（multi-headed cat）状態の形での非ガウス状態の出現に現れている。我々は、ラムゼー型干渉計における状態の計測学的有用性を実証し、N = 51個のイオンについて測定の不確かさを標準量子限界より−3.2 ± 0.5 dB低減させた。
