研究者が「量子スクイーズ」を用いて量子粒子のコヒーレントな相互作用を強化することに成功(Researchers use ‘quantum squeezing’ to strengthen coherent interactions of quantum particles)

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2023-05-22 ロードアイランド大学(URI)

◆ロードアイランド大学の研究チームが、量子状態における粒子間の相互作用を強化する新しい方法を開発しました。この技術は、高性能な量子センサーやより頑強な量子コンピューターシステムの開発に役立ちます。
◆研究者たちはベリリウムイオンからなる系において、2つの量子スクイージング技術を実証しました。この研究により、より大規模かつ相関性の高い量子システムの作成への有望な道筋が示されました。

<関連情報>

2次元イオン結晶を用いたパラメトリック増幅による量子シミュレーションとセンシングの高度化に向けて Toward improved quantum simulations and sensing with trapped two-dimensional ion crystals via parametric amplification

M. Affolter, W. Ge, B. Bullock, S. C. Burd, K. A. Gilmore, J. F. Lilieholm, A. L. Carter, and J. J. Bollinger
Physical Review A  Published 29 March 2023
DOI:https://doi.org/10.1103/PhysRevA.107.032425

研究者が「量子スクイーズ」を用いて量子粒子のコヒーレントな相互作用を強化することに成功(Researchers use ‘quantum squeezing’ to strengthen coherent interactions of quantum particles)

ABSTRACT

Improving coherence is a fundamental challenge in quantum simulation and sensing experiments with trapped ions. Here we discuss, experimentally demonstrate, and estimate the potential impacts of two different protocols that enhance, through motional parametric excitation, the coherent spin-motion coupling of ions obtained with a spin-dependent force. The experiments are performed on two-dimensional crystal arrays of approximately 100 9Be+ ions confined in a Penning trap. By modulating the trapping potential at close to twice the center-of-mass mode frequency, we squeeze the motional mode and enhance the spin-motion coupling while maintaining spin coherence. With a stroboscopic protocol, we measure 5.4±0.9dB of motional squeezing below the ground-state motion, from which theory predicts a 10-dB enhancement in the sensitivity for measuring small displacements using a recently demonstrated protocol [K. A. Gilmore et al., Science 373, 673 (2021)]. With a continuous squeezing protocol, we measure and accurately calibrate the parametric coupling strength. Theory suggests this protocol can be used to improve quantum spin squeezing, limited in our system by off-resonant light scatter. We illustrate numerically the trade-offs between strong parametric amplification and motional dephasing in the form of center-of-mass frequency fluctuations for improving quantum spin squeezing in our setup.

1700応用理学一般
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