高精细度腔中增强纠缠的物质波干涉测量

纠缠是一种基本资源，使量子传感器能够超越独立原子量子坍缩所设定的标准量子极限。集体腔-QED 系统已成功产生大量直接观测到的、涉及激光冷却原子系综内自由度的纠缠。在此，我们展示外自由度的腔-QED 纠缠，以实现由 700 个原子构成的物质波干涉仪，其中每个原子在重力下自由下落，同时穿过两条空间路径，并与其他原子纠缠。我们展示了量子非破坏测量和腔介导的自旋相互作用，分别产生具有直接观测到的计量增益 $3.4^{+1.1}_{-0.9}$ dB 和 $2.5^{+0.6}_{-0.6}$ dB（低于标准量子极限）的压缩动量态。纠缠态首次被成功注入马赫-曾德尔光脉冲干涉仪，获得 $1.7^{+0.5}_{-0.5}$ dB 的直接观测计量增强。降低不精确性的基本量子源提供了一种新资源，可被直接用于增强测量精度、带宽和准确度，或在更小尺寸下运行。这些结果也为结合粒子离域与纠缠用于惯性传感器、寻找新物理/粒子/场、未来先进引力波探测器以及触及平均场外的量子多体物理开辟了新路径。