利用光学腔的低噪声探测在原子自旋间产生纠缠

原子投影噪声限制了所有原子传感器（包括原子钟、惯性传感器、磁力计等）的最终精度。$N$ 个原子独立量子坍缩到确定态（例如自旋向上或向下）会导致对 Ramsey 序列或其许多推广中积累的量子相位估计的不确定性 $\Delta \theta_{SQL}=1/\sqrt{N}$。这种相位不确定性被称为标准量子极限 (SQL)。在 $N$ 个原子之间产生量子纠缠可以使原子部分抵消彼此的量子噪声，从而将相位估计中的噪声降低到标准量子极限以下。最近的实验通过集体自旋测量展示了相对于 SQL 高达 10 dB 的相位噪声降低。这是通过将激光冷却的 Rb 原子囚禁在光学腔中，并精确测量腔共振频率的偏移来实现的，该偏移量取决于处于自旋向上态的原子数量。以高总效率探测探针光减少了探针光的过量经典和量子反作用。在此，我们讨论了最近的进展以及一种降低探针光与光学腔之间相对频率噪声的技术，这是取得进一步进展的关键要求。