基于彭宁离子阱的量子振动振荡器旋转测量的理论研究

在传统力学中，谐振子可用于测量力、加速度或旋转。在此，我们描述了一种基于彭宁离子阱中钙离子晶体的量子谐振子。与传统振荡器类似，精确测量科里奥利力引起的轴向振荡幅度以确定输入速度。我们表明，磁控管运动可以通过旋转壁驱动进行控制，并被视为驱动振荡器。科里奥利力与磁控管运动耦合，并在轴向或$z$方向引起振动。离子晶体在轴向的质心运动可以通过激光使离子自旋与谐波运动纠缠来精确检测。磁控管运动的频率需要在一定条件下与轴向运动的频率匹配，从而可以将轴向运动调谐到共振峰以获得最大检测信号。我们给出了磁控管频率与轴向频率匹配的参数空间。详细计算了测量灵敏度，结果表明，使用10000个离子可以实现$3.0\times10^{-9}rad/s/\sqrt{Hz}$的旋转角速度灵敏度。幅度传感可达到0.4$pm/\sqrt{Hz}$的灵敏度。通过自旋压缩，灵敏度可以进一步提高。