基于时间反演的含多体纠缠态量子计量

在量子计量中，纠缠是一种有价值的资源，可用于克服标准量子极限（SQL）——该极限约束了使用独立粒子工作的传感器的精度。超越 SQL 的测量通常由相对简单的纠缠态（具有高斯概率分布的压缩态）实现，其中量子噪声在不同正交分量之间重新分配。然而，由于基础限制以及实际中达到的有限测量分辨率，基于压缩态的传感器通常远未达到量子计量的真正基础极限，即海森堡极限。在此，通过在一个光学工程的多体哈密顿量中实现受控符号改变的有效时间反演协议，我们展示了使用非高斯态且超越自旋压缩限制、且不需要极高测量分辨率的原子传感器性能。利用 350 个中性 $^{171}$Yb 原子的系统，这种通过时间反演相互作用的信号放大（SATIN）协议实现了迄今为止任何干涉仪中演示的超越 SQL 的最大灵敏度提升（$11.8 \pm 0.5$~dB）。此外，我们展示了在距海森堡极限固定 12.6~dB 处，精度随粒子数成比例提高（海森堡标度）。这些结果为使用复杂纠缠态的量子计量铺平了道路，在科学和技术上具有潜在广泛影响。潜在应用包括暗物质的搜寻、超越标准模型的物质、基础物理定律的检验、计时和大地测量。