一阶磁敏感态中秒级相干时间下的鲁棒可扩展射频光谱学

囚禁离子量子传感器已成为搜寻超越标准模型物理的高度灵敏工具。近来，利用囚禁离子的精密光谱学对局部洛伦兹不变性(LLI)进行了严格检验。我们在此详述了在囚禁 $^{172}$Yb$^{+}$ 离子长寿命 $^{2}F_{7/2}$ 态的磁子能级中、秒级长相干时间下的鲁棒射频复合脉冲光谱学，其可扩展至空间扩展的多离子系统。我们比较了两种 Ramsey 型复合射频脉冲序列——GSE 序列与 UR10 序列，它们使能级解耦于磁场噪声，从而实现鲁棒且精确的光谱学。两种序列在 $^{172}$Yb$^+$ 的自旋-$1/2$\ $^{2}S_{1/2}$ 电子基态中进行了理论与实验表征，结果表明 UR10 序列对脉冲时长(频率失谐)误差的鲁棒性分别是 GSE 序列的 38 (13) 倍。我们将模拟扩展至对 LLI 可能破坏高度敏感的 $^2F_{7/2}$ 态的八能级流形，并展示 UR10 序列可用于噪声环境中的高保真 Ramsey 光谱学。UR10 序列在 $^2F_{7/2}$ 流形中实验实现，并达到了长达 2.5\,s 的相干信号。在参考文献中我们已实现该序列，并用以单个 Yb$^{+}$ 离子完成了迄今电子-光子 sector 中最严格的 LLI 检验。由于 UR10 序列的高鲁棒性，它可应用于更大离子晶体以进一步改进洛伦兹对称性检验。我们展示了该序列亦可用于提取亚稳态 $^{2}F_{7/2}$ 态的四极矩，获得值 $\Theta\,=\,-0.0298(38)\,ea^{2}_{0}$，与时钟测量推得值一致。