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極低温原子：光時計における多キュービットゲートとシュレーディンガーの猫状態
Nature 634, 8033 doi: 10.1038/s41586-024-07913-z
多粒子エンタングルメントは、量子センサーの基本的な精度限界を達成するためのカギとなる資源である。光原子時計は現在、周波数精度における最先端技術であり、エンタングルメント強化計測において急速に注目されている分野である。原子配列情報処理用に開発された高忠実度エンタングルゲートを用いて、微視的な制御と検出を特徴とする光ピンセット時計を増強することで、高度にエンタングルした量子状態を使用して光時計を改良する道筋が得られると期待される。今回我々は、多キュービットのリュードベリゲート群を開発・使用し、プログラム可能な原子配列において最大9個の光時計キュービットからなるグリーンバーガー–ホーン–ツァイリンガー（GHZ）型のシュレーディンガーの猫状態を生成した。我々は、十分に短い暗時間での原子レーザー比較において、最大4キュービットのGHZ状態を用い、標準量子限界（SQL）を下回る分数周波数不安定性を実証した。しかし単一サイズのGHZ状態は、ダイナミックレンジが狭くなるため、エンタングルしていない原子と比較して、最適な暗時間で達成可能な時計精度を向上させることができない。我々はこの障害を克服するために、サイズを変化させたGHZ状態のカスケードを同時に準備して、さらに長い間隔にわたって曖昧さのない位相推定を行った。これらの結果は、ハイゼンベルク限界に支配されるスケーリングに光原子時計の精度を近づけるためのカギとなる構成要素を示している。
