光钟中的多量子比特门与薛定谔猫态

多粒子纠缠是实现量子传感器基本精度极限的关键资源。光原子钟是目前频率精度的最先进水平，是纠缠增强计量学迅速兴起的关注领域。将具有微观控制和探测能力的镊子型钟与为原子阵列信息处理开发的高保真纠缠门相结合，为利用高度纠缠量子态改进光钟提供了一条有希望的途径。在此，我们开发并运用了一系列多量子比特里德堡门，在可编程原子阵列中生成了多达 9 个光钟量子比特的 Greenberger-Horne-Zeilinger (GHZ) 型薛定谔猫态。在足够短的暗时间下进行原子 - 激光比对，我们证明了使用多达 4 个量子比特的 GHZ 态，其分数频率不稳定度低于标准量子极限。然而，由于其动态范围减小，单一尺寸的 GHZ 态未能在最佳暗时间下相比非纠缠原子提高可实现的钟精度。为了克服这一障碍，我们同时制备了一系列不同尺寸的 GHZ 态，以便在扩展的时间间隔内进行明确的相位估计。这些结果展示了逼近光原子钟精度海森堡极限标度的关键构建模块。