Ruido de medición 100 veces menor que el límite de proyección cuántica utilizando átomos entrelazados

Área de la Ciencia:

• Metrología cuántica
• Física atómica
• La óptica cuántica

Sus antecedentes:

• La metrología cuántica aprovecha el entrelazamiento cuántico para mejorar la precisión de la medición.
• El ruido de disparo, que proviene de partículas no correlacionadas, limita la precisión al límite cuántico estándar (SQL).
• Enredar las partículas de la sonda puede mitigar el ruido del disparo, alcanzando potencialmente el límite de Heisenberg.

Objetivo del estudio:

• Demostrar un enfoque de metrología cuántica que logre un rendimiento superior al de los sistemas convencionales optimizados.
• Para investigar la mejora metrológica utilizando conjuntos atómicos apretados.
• Evaluar la viabilidad de las mediciones cuánticas mejoradas para aplicaciones como los relojes atómicos.

Principales métodos:

• Utilizando un conjunto de medio millón de átomos de 87Rb en estados de 'reloj'.
• Utilizando una medición basada en la cavidad óptica para lograr la compresión de espín.
• Medición de las rotaciones inducidas por microondas para cuantificar la resolución de fase.

Principales resultados:

• Se obtiene una compresión de espín de 20,1 ± 0,3 decibelios (100 veces) en el conjunto atómico.
• La resolución de las rotaciones es de 18,5 ± 0,3 decibelios (70 veces) más allá del SQL.
• Demostró una resolución de fase de un solo disparo de 147 microradianos, superando a los sensores de átomos fríos de última generación.
• Enredo inferido de más de 680 ± 35 partículas.

Conclusiones:

• El enfoque demostrado de la metrología cuántica ofrece una mejora metrológica sin precedentes.
• El método muestra potencial para mejorar los relojes atómicos, los sensores de inercia y las pruebas de física fundamental.
• Las mediciones de relojes atómicos mejorados con cuántica lograron una mejora de 11 veces, limitada por el ruido de la fuente de microondas.