量子「スクイーズ」で時計はさらに正確な時間を刻むことができる、MITの研究者が提案(With a quantum “squeeze,” clocks could keep even more precise time, MIT researchers propose)

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2023-11-30 マサチューセッツ工科大学(MIT)

◆MITの研究では、外部のノイズを完全に取り除いても、時計、レーザー、その他の振動子の安定性は量子力学の影響に依然として脆弱であることが示されました。研究者たちは、量子ノイズによる制約を超える方法を理論的に示し、量子状態を操作することで振動子の安定性を向上させる可能性を提案しました。
◆この理論を実証する実験を進め、超量子精度の時計やレーザーが実現すれば、量子コンピュータ内のキュビットの揺らぎや検出器間を舞い踊る暗黒物質粒子など、微小な時間差を追跡するのに利用できるかもしれません。

<関連情報>

フィードバック発振器における量子ノイズとその回避 Quantum noise and its evasion in feedback oscillators

Hudson A. Loughlin & Vivishek Sudhir
Nature Communications  Published:04 November 2023
DOI:https://doi.org/10.1038/s41467-023-42739-9

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Abstract

Feedback oscillators, consisting of an amplifier whose output is partially fed back to its input, provide stable references for standardization and synchronization. Notably, the laser is such an oscillator whose performance can be limited by quantum fluctuations. The resulting frequency instability, quantified by the Schawlow-Townes formula, sets a limit to laser linewidth. Here, we show that the Schawlow-Townes formula applies universally to feedback oscillators beyond lasers. This is because it arises from quantum noise added by the amplifier and out-coupler in the feedback loop. Tracing the precise origin of quantum noise in an oscillator informs techniques to systematically evade it: we show how squeezing and entanglement can enable sub-Schawlow-Townes linewidth feedback oscillators. Our analysis clarifies the quantum limits to the stability of feedback oscillators in general, derives a standard quantum limit (SQL) for all such devices, and quantifies the efficacy of quantum strategies in realizing sub-SQL oscillators.

0403電子応用
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