在高精度离子阱中探测库仑晶体的时间膨胀

囚禁离子光钟能够实现 $10^{-18}$ 甚至更低系统分数频率不确定度。然而，当前离子钟的稳定性从根本上受限于单离子探询的弱信号。我们提出一种可运行、可扩展的平台，将钟光谱学扩展到由数十个离子组成的库仑晶体阵列，同时使系统频移低至 $10^{-19}$。利用新开发的技术，我们以原子空间分辨率和亚纳米振幅不确定度观测库仑晶体内的三维过剩微运动振幅。我们表明，在长度为 400$\mu$m 和 2mm 的离子库仑晶体中，In${}^+$ 离子因微运动引起的时间膨胀频移可分别接近 $1\times10^{-19}$ 和低于 $10^{-18}$。在以往的离子阱中，过剩微运动甚至会主导少数离子光谱学的不确定度预算。通过最小化其贡献并提供量化手段，本工作开启了多体离子系统精密光谱学的道路，使纠缠增强离子钟成为可能，并提供了一个受控良好的强耦合量子系统。