Alapfogalmak
본 연구는 고정밀 양자 센서 구현을 위한 핵심 자원인 다중 입자 얽힘 상태를 광학 시계에서 생성하고, 이를 활용하여 기존의 표준 양자 한계를 뛰어넘는 시간 측정 정밀도를 달성하는 것을 목표로 합니다.
Kivonat
광학 시계에서의 다중 큐비트 게이트 및 슈뢰딩거 고양이 상태 연구
본 연구 논문은 광학 시계에서 다중 큐비트 게이트를 사용하여 최대 9개의 큐비트로 구성된 GHZ 상태(슈뢰딩거 고양이 상태의 한 유형)를 생성하고, 이를 활용하여 기존의 표준 양자 한계를 뛰어넘는 시간 측정 정밀도를 달성하는 것을 목표로 합니다.
양자 시스템은 나노 스케일 이미징부터 중력 측정, 시간 측정에 이르기까지 다양한 분야에서 센서 및 측정 기술에 혁명을 일으켰습니다. 하지만 양자 측정의 정밀도는 양자 투사 잡음(QPN)으로 인해 제한됩니다. 독립적인 N개의 양자 센서를 사용하는 측정의 경우, QPN으로 인해 불확실성이 1/√N으로 스케일링되는데, 이를 표준 양자 한계(SQL)라고 합니다. 그러나 양자 이론에 의해 주어진 근본적인 정밀도 한계는 1/N으로 스케일링되는 하이젠베르크 한계(HL)입니다. 얽힘 또는 비고전적 자원을 사용하여 SQL에서 HL로 측정을 개선하는 것이 양자 향상 계측학의 핵심 목표입니다.
본 연구에서는 프로그래밍 가능한 원자 배열과 광학 원자 시계의 교차점을 활용하여 이러한 노력에 새로운 기회를 제공합니다. 특히, 두 개의 거시적으로 구별되는 양자 상태의 결맞는 중첩인 슈뢰딩거 고양이 상태, 특히 N개의 큐비트로 구성된 최대 얽힘 GHZ 유형 고양이 상태는 얽히지 않은 큐비트보다 N배 빠르게 위상을 누적하고 HL을 포화시키기 때문에 주목을 받고 있습니다. 그러나 GHZ 상태는 또한 위상 잡음에 대한 민감도가 높아지고 감쇠 및 손실에 취약하여 생성 및 사용이 어렵습니다.
본 연구에서는 스트론튬 시계 큐비트 배열에서 GHZ 상태의 생성 및 계측 성능을 실험적으로 조사했습니다. 먼저 시간에 최적인 리드버그 게이트 툴킷을 다중 큐비트 연산 제품군으로 확장하여 완전히 연결된 그래프 상태를 생성했습니다. 이러한 게이트를 사용하여 0.983(2)의 원시 벨 상태 충실도를 실현하고 최대 9개의 원자로 구성된 GHZ 상태를 생성했습니다. 원자-레이저 주파수 비교에서 최대 4개의 원자에 대한 GHZ 상태에 대해 3ms의 고정된 충분히 짧은 램지 어두운 시간에 SQL(10^-14/√τ 수준) 미만의 불안정성이 달성되었습니다. 어두운 시간 제한을 극복하기 위해 다양한 크기의 GHZ 상태를 동시에 준비하여 얽히지 않은 원자와 비 comparable한 범위에서 명확한 위상 추정을 수행하는 다중 앙상블 계측학을 explored했습니다.