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量子計測学：光時計遷移の量子増幅大域位相分光
Nature 646, 8084 doi: 10.1038/s41586-025-09578-8
光格子時計は精密計測の最先端技術であり、量子雑音によって決まる標準量子限界に近い領域で動作する。量子エンタングルメントの活用は、この限界を超える有望な道筋であるものの、スケーラビリティーと測定分解能の要求の観点から実用上の困難が存在する。今回我々は、ホロノミック量子ゲートの概念を適用して、離調に敏感な大域的アハロノフ–アナンダン位相を使用する新たなラビ型「大域位相分光」を開発した。この手法により、光時計遷移の量子増幅時間反転分光の実証が可能になり、それによって、直接測定された2.4(7) dBという計測利得と、標準量子限界を超える4.0(8) dBのレーザー雑音感度向上が達成された。この目的のため、我々は光–原子結合の不均一性からダイナミクスを保護するロータリーエコーを導入し、2つの核スピン状態における対称位相符号化を通じてレーザー雑音を相殺する差分測定を実装した。今回の技術は、測定分解能に制限されず、エンタングルする相互作用の大域的性質のおかげで容易にスケーリング可能であり、典型的な実験の不完全性に対して高いレジリエンスを示す。これは、次世代の原子時計やその他の量子センサーの、量子精度限界に迫る用途に広く適用可能であると期待される。
