协同增强的混合光-物质传感器精度

我们将物质与光的混合系统视为传感装置，并量化协同效应的作用。后者通常会提升测量有效光-物质耦合常数修正的精度。特别地，考虑由 $N$ 个量子比特耦合到单一电磁模式的基元模型，我们表明精度的终极界限呈现双海森堡标度：$\Delta\theta\propto1/(Nn)$，其中 $N$ 和 $n$ 分别为量子比特数与光子数。此外，即使使用经典态且仅测量一个子系统，也可达到海森堡乘散粒噪声标度，即 $1/(N\sqrt{n})$ 或 $1/(n\sqrt{N})$。作为一个应用，我们展示囚禁于光腔中双势阱内的玻色-爱因斯坦凝聚体可探测重力加速度 $g$，其相对精度为 $\Delta g/g\simeq10^{-9}\text{Hz}^{-1/2}$。本研究所提出的解析方法考虑了光子通过腔镜的泄漏，并可在通过原子或光子测量推断 $g$ 时确定灵敏度。