具有半分钟光学频率原子相干性与高相对稳定性的光镊钟

制备大规模、低熵、高相干的相同量子系统集合，是量子计量、模拟与信息许多研究的基础。在此，我们利用光镊囚禁碱土原子的优良特性，同时引入一种定制光势的新混合方法，平衡了可扩展性、高保真态制备、位点分辨读出与原子相干性的保持，从而实现了上述特性。借助该方法，我们在约 $150$ 个原子的集合中实现了超过 $40$ 秒的囚禁与光学钟激发态寿命。这带来了光学钟跃迁上半分钟量级的原子相干性，对应远超 $10^{16}$ 的品质因数。这些相干时间与原子数将量子投影噪声的影响降低到与领先原子系统相当的水平，从而在光镊阵列内子系综间的同步钟比较中产生了 $5.2(3)\times10^{-17}~(\tau/s)^{-1/2}$ 的相对分数频率稳定性。当进一步结合该系统中可用的微观控制与读出时，这些结果为在定制原子阵列中于光学钟跃迁上实现长寿命工程化纠缠铺平了道路。