基于混合物种Coulomb晶体的高精度多离子光谱学

多离子光钟有望克服单离子钟低信噪比的局限，同时仍能提供较低的系统不确定性。我们展示了在线性Coulomb晶体中对多达四个${}^{115}$In${}^+$钟离子进行同步光谱测量，并利用${}^{172}$Yb${}^+$离子进行协同冷却。在首次钟比对中，我们观察到其与使用单个In${}^+$离子获得的结果在$1\times10^{-17}$以下一致，我们已评估该单离子的系统不确定性为$2.5\times10^{-18}$。使用四个钟离子运行将不稳定性从$1.6\times10^{-15}/\sqrt{t/(1\;\mathrm{s})}$降低至$9.2\times10^{-16}/\sqrt{t/(1\;\mathrm{s})}$。我们推导了一个用于态制备期间与衰变相关死时间的模型，该模型与观察到的随钟离子数$N$变化的不稳定性标度相吻合，并表明通过添加再泵浦激光可以实现$1/\sqrt{N}$的标度。