具有 Heisenberg 极限灵敏度、宇称无关、超高 Compton 频率的介观 Schrödinger 猫原子干涉仪

我们提出了一种原子干涉仪协议，该协议通过集体态探测和单轴扭转自旋压缩的临界调谐，在相差约 $\sqrt{2}$ 的因子范围内达到 Heisenberg 极限 (HL)。它生成一个 Schrödinger 猫 (SC) 态，作为两个极端集体态的叠加。当此 SC 干涉仪用作陀螺仪时，干涉发生在超高的 Compton 频率下，对应于质量为 $Nm$ 的介观单客体，其中 $N$ 是系综中的粒子数，$m$ 是每个粒子的质量。例如，对于 $^{87}$Rb 原子，当 $N=10^{6}$ 时，干涉将发生在约 $2 \times 10^{31}$ Hz 的 Compton 频率下。在此方案下，发现信号关键地依赖于 $N$ 的奇偶性。我们提出了该协议的两种变体。在协议 A 下，对于一种宇称条纹变窄 $N$ 倍，而对于另一种宇称信号为零。在协议 B 下，对于一种宇称条纹变窄 $N$ 倍，而对于另一种宇称变窄 $\sqrt{N}$ 倍。两种协议都可以通过修改以反转两种宇称下信号的行为。在奇偶概率相等的重复测量下，两个版本协议的平均灵敏度比 HL 小约 $\sqrt{2}$ 倍。我们证明，当 SC 干涉仪配置为加速度计时，有效双光子波矢被放大 $N$ 倍，导致灵敏度具有相同程度的增强。我们还表明，这种介观单客体可用于将原子钟的有效基准频率提高 $N$ 倍，其灵敏度在相差约 $\sqrt{2}$ 的因子范围内等效于 HL。