Ultrasensitive Atomic clock with single-mode number-squeezing
我们发现，通过压缩原子能级的粒子数，然后测量输出，原子钟的灵敏度可以提高到低于散粒噪声的水平。这可以简化目前的实验协议，需要压缩的两个粒子的相对数量的填充状态。最后，作为一个具体的应用，我们研究了单模量子非破坏测量获得的时钟灵敏度。
2010-04-30 quant-ph
Orientation-Dependent Entanglement Lifetime in a Squeezed Atomic Clock
实验研究了原子钟中一类特殊的纠缠态--压缩自旋态的寿命。在各向异性噪声的存在下，它们的寿命强烈依赖于压缩取向。我们测量了相位压缩输入态下时钟的Allan偏差谱。对于高达50 s的积分时间，压缩时钟实现给定的精度比在标准量子极限下操作的时钟快2.8（3）倍。
2010-04-10 quant-ph
Distributed g(2) Retrieval with Atomic Clocks: Eliminating Conventional Sync Protocols
Department of Physics & Astronomy, University of Tennessee, Knoxville（田纳西大学诺克斯维尔分校物理与天文学系）；Department of Physics & Astronomy, University of Tennessee, Chattanooga（田纳西大学查塔努加分校物理与天文学系）；UTC Quantum Center, University of Tennessee, Chattanooga（田纳西大学查塔努加分校UTC量子中心）
本研究提出利用原子钟实现分布式光子同时性测量，取代传统同步协议，提升测量精度与效率。
2026-03-09 quant-ph
Quantum network of neutral atom clocks
提出了一种在空间分离光学原子钟中产生中性原子完全纠缠GHZ态的方案。在我们的方案中，局域操作利用里德伯激发之间的强偶极-偶极相互作用，从而产生涉及系综中所有原子的快速可靠的量子操作。远距离系综之间的必要纠缠是由单光子量子信道和集体增强的光-物质耦合介导的。这些技术可用于建立最近提出的基于中性原子光钟的量子钟网络。我们具体分析了使用中性Yb系综的该方案的可能实现。
2016-03-20 quant-ph
Entanglement-assisted atomic clock beyond the projection noise limit
我们使用量子非破坏测量产生自旋压缩态，并在10^5个冷铯原子云中产生纠缠，并首次在原理验证实验中运行通过自旋压缩超过投影噪声极限而改进的原子钟。对于10 μ \s的时钟询问时间，实验表明与原子投影噪声极限相比，信噪比提高了1.1 dB。
2010-03-21 quant-ph
Backaction noise produced via cavity-aided nondemolition measurement of an atomic clock state
我们用量子非破坏测量方法研究了高精细度光学腔中原子系综的集体赝自旋。我们分析了测量过程中产生的反作用反压缩，表明我们的方案可以在原子系综中产生条件自旋压缩。
2008-10-22 quant-ph
Near Heisenberg limited atomic clocks in the presence of decoherence
原子钟的最终稳定性受到原子的量子噪声的限制。为了减少这种噪声，有人建议使用具有减少的原子噪声的纠缠原子系综。这可能会将稳定性一直推到海森堡不确定关系所允许的极限，这被称为海森堡极限。然而，在实践中，纠缠态往往更容易发生退相干，这可能会阻止达到这种性能。在这里，我们提出了一个自适应的测量协议，在一个现实的退相干源的存在下，使我们能够接近海森堡有限的稳定性的原子钟使用纠缠原子。因此，该协议可以实现量子精密测量的纠缠的全部潜力，尽管退相干的不利影响。
2014-10-13 quant-ph
Demonstration of a free space rubidium atomic clock with noise below the quantum projection limit
本文提出了一种利用光腔产生的多个$390\,000$ ${}^{87}\text{Rb}$原子的自旋压缩态的自由空间原子喷泉钟和干涉仪技术。在4毫秒的自由降落时间之后，荧光成像用于布居光谱学，以分辨$814 (61)$微弧度的单次激发相位灵敏度，其低于量子投影极限$5.8(0.6)$分贝（dB）。观察到的动态范围为100毫弧度。当作为微波原子钟与$240\,000$原子在3.6 ms的拉姆齐时间，一个单次的分数频率稳定度为$8.4(0.2)\times10^{-12}$的报告，$3.8(0.2)$ dB以下的量子投影极限。
2019-12-21 quant-ph
Non-destructive measurement of the transition probability in a Sr optical lattice clock
本文介绍了用~（87）Sr原子对光晶格钟进行1 S_0 - 3 P_0跃迁几率的无损探测的实验演示。它是基于原子在弱非共振激光束上引起的相移。我们提出的方法是一个差分测量的相移上的两个调制边带与相对于1 S 0 - 1 P1过渡的相反的失谐，允许由光子散粒噪声限制的检测。我们已经测量了10^4个原子的原子布居，每个周期的信噪比为100，同时保持95%以上的原子在深度为0.1 mK的光晶格中。该方法被证明是简单和强大的，足以作为整个时钟设置的一部分。这种检测方案使我们能够重用原子的后续时钟状态的询问，大大减少了加载时间，从而提高了时钟频率的稳定性。
2009-02-17 quant-ph
Improved absolute clock stability by the joint interrogation of two atomic states
提高时钟稳定度对量子增强计量学的发展具有重要意义。其中一个主要的限制来自随机波动的本地振荡器（LO）频率，其在长询问时间内引入“相位滑移”，并因此导致频率反馈环路的故障。在这里，我们提出了一种策略，以提高原子钟的稳定性，通过询问两个异相态共享相同的LO。虽然标准Ramsey询问只能在间隔$[-π/2,π/2]$中明确地确定相位，但是联合询问允许对$[-π,π]$的扩展，从而导致Ramsey时间的宽松限制和绝对时钟稳定性的改善。理论预测支持从头算数值模拟的白色和相关的LO噪声。虽然我们的基本协议使用不相关的原子，但我们进一步扩展了它，包括自旋压缩，并进一步提高了原子数量对时钟稳定性的影响。我们的协议可以很容易地在当前国家的最先进的实验进行测试。
2021-04-29 quant-ph
Self-ordering, cooling, and lasing in an ensemble of clock atoms
本文研究光腔内时钟原子系综在横向驱动下的自组织与光发射，用二阶累积量展开计算光谱，揭示棋盘格自组织阈值、冷却与类激光发射机制。
2024-12-30 quant-ph
Continuous multi-step pumping of the optical clock transition in alkaline-earth atoms with minimal perturbation
一个合适的方案，以连续创建反转的光学时钟过渡与可忽略的扰动是一个关键的缺失成分所需的建立一个有源光学原子钟。在窄跃迁上的原子的再泵浦通常需要在涉及多个辅助能级的多步骤过程中的多个泵浦激光器。一般来说，这会产生大的有效电平偏移和谱线展宽，严重限制了时钟精度。在这里，我们提出了一个广泛的理论研究，一个现实的多层次的实现在搜索参数制度，可以实现充分的反演与最小的扰动。幸运的是，我们能够确定一个有用的操作制度，其中的频率偏移保持小和可控的，只有微弱的干扰有用的泵浦速率的时钟转换。对于相应的时钟性能的实际估计，我们介绍了一个简单的映射的多级泵计划的有效能量转移和加宽参数的减少两级激光模型系统。这允许使用公知的方法来评估所得到的激光功率和光谱。
2021-10-11 quant-ph
Optimizing Passive Quantum Clocks
我们描述了被动原子钟协议的基础上的原子的量子讯问。与以前的技术不同，我们的协议是自适应的，并利用有关时钟状态的先验信息。为了减少与理想时钟的偏差，每个询问通过用于原子状态准备和测量的半定程序进行优化，其目标函数取决于先验信息。我们对时钟状态的了解是根据贝叶斯模型来维护的，该模型考虑了噪声和测量结果。我们实现了一个完整的模拟运行的时钟与幂律噪声模型，并通过应用我们的技术发现显着的改善。
2014-04-15 quant-ph
Spin Squeezing Induced Enhancement of Sensitivity of an Atomic Clock using Coherent Population Trapping
相干布居俘获（CPT）效应被用于制作紧凑型原子钟。有两种类型的CPT时钟：一种是连续施加拉曼光束，另一种是施加由暗周期分开的两个CPT脉冲（拉姆齐方案）。很明显，自旋压缩技术只能用于Ramsey CPT钟，以提高灵敏度。然而，如何使使用单轴扭曲压缩（OATS）的微波时钟的协议适应CPT时钟并不明显，因为Ramsey CPT时钟并不等同于Ramsey微波时钟。在本文中，我们明确地显示了如何适应两个协议使用OATS，即薛定谔猫状态协议（SCSP）及其推广，和回声压缩协议（ESP），CPT时钟。ESP将相移放大（N/e）的平方根倍，而SCSP将相移放大N/2倍，使其能够在存在过量噪声的情况下实现更高的灵敏度。
2022-07-01 quant-ph
Inhibiting phase drift in multi-atom clocks using the quantum Zeno effect
原子钟的准确度部分取决于相关原子跃迁的带宽。在这里，我们考虑的$N$原子的跃迁频率已被独立扰动的环境效应或其他因素的系综。我们考虑了利用量子芝诺效应来锁定原子的相对相位的可能性，这将使原子的有效带宽降低$1/\sqrt{N}$倍。我们分析了一个例子，其中量子芝诺效应可以用来锁定一对原子的相对相位，之后可以确定经过的时间。实际应用可能需要$N>>1$，以实现良好的信噪比。
2022-08-12 quant-ph
Heisenberg-limited atom clocks based on entangled qubits
我们提出了一个量子增强的原子钟协议的基础上组顺序较大的格林伯格-霍恩-蔡林格（GHZ）状态，实现了最好的时钟稳定性允许的量子理论的对数校正。与这样的级联的GHZ状态的激光相位的同时询问实现了相位估计算法的非相干版本，其使得能够进行海森堡限制的操作，同时将拉姆齐询问时间延长到激光噪声极限之外。我们比较了新的协议与国家的最先进的审讯计划，并表明纠缠允许一个显着的量子增益的稳定性短的平均时间。
2013-10-22 quant-ph
Collisionally Induced Atomic Clock Shifts and Correlations
我们开发了一种形式主义，将交换对称性的考虑到计算的碰撞频移和黑体辐射效应的原子钟跃迁使用密度矩阵形式主义。该方法适用于费米子和玻色子原子钟。给出了魔波长光晶格中有限温度${}^{87}$ Sr ${}^1S_0$（$F = 9/2$）原子钟的计算结果。
2011-06-23 cond-mat.quant-gas quant-ph
Lindblad Decoherence in Atomic Clocks
它示出如何可能的修正，以普通的量子力学所描述的林德布拉德方程可能被检测到利用高精度的原子钟。
2016-10-08 hep-th quant-ph
An N-atom Collective State Atomic Clock with Root-N Fold Increase in Effective Frequency and Root-N Fold Reduction in Fringe Width
我们描述了一个集体态原子钟与拉姆齐条纹缩小了一个因素的$\sqrt{N}$相比，传统的时钟，N是非相互作用的原子的数量，而不违反的不确定性关系。这种窄化被解释为是由于集体状态之间的干扰，代表一个有效的$\sqrt{N}$倍的时钟频率增加，没有纠缠。测量集体状态的检测过程可用于显著提高检测的量子效率，从而使稳定性净提高多达10倍。
2015-06-03 physics.atom-ph quant-ph
Entangling the lattice clock: Towards Heisenberg-limited timekeeping
我们提出了一个方案，用于纠缠的光晶格的原子，以减少量子投影噪声的时钟测量。二价时钟原子被保持在晶格中的“神奇”波长不会干扰时钟频率-以保持时钟精度-而开壳层J=1/2“头”原子通过晶格极化在晶格位置之间相干传输。这种偏振依赖的"阿基米德螺旋“传输在魔波长利用标量，J=0，二价原子的玻色子同位素的时钟状态的消失矢量极化率。时钟原子和头原子之间的现场相互作用被用来设计纠缠和时钟读出。
2009-12-06 physics.atom-ph quant-ph
Controlling dipole-dipole frequency shifts in a lattice-based optical atomic clock
基于利用囚禁在光晶格中的冷碱土原子实现光学原子钟的想法，我们从理论上研究了原子-原子相互作用对原子钟跃迁频率的微扰效应。这些相互作用是由与光激发原子相关的偶极场介导的。我们预测共振的功能时，原子偶极子之间的建设性干涉发生的频移。我们从理论上证明，通过微调适当设计的晶格几何形状的相干偶极偶极耦合，可以大大抑制不希望的频率偏移。
2003-08-12 cond-mat.soft quant-ph
A proposed test of quantum mechanics with three connected atomic clock transitions
我们考虑了史蒂芬·温伯格提出的量子力学的可能扩展，并重新分析了他的预测，即基于同一原子中的三个原子钟的新测试。我们提出了现实的实验系统，可以测试这一假设。有两个系统已经对偏离量子力学设定了极限，而使用另一个系统，人们将能够在最好的原子钟的灵敏度极限上寻找新的物理学。
2022-05-23 physics.atom-ph quant-ph
Prospects and challenges for squeezing-enhanced optical atomic clocks
我们研究了自旋压缩态对布朗频率噪声限制激光源运转的时钟的好处。基于光学原子钟闭环伺服系统的解析模型，给出了在给定死区时间和激光噪声条件下，原子钟最佳稳定度的定量预测。我们的分析预测是在非常好的协议与数值模拟的闭环伺服回路。我们发现，对于通常的周期性Ramsey询问单原子系综与死时间，即使是目前最稳定的激光自旋压缩只能提高时钟的稳定性的系综低于约一千个临界原子数在一个光学锶晶格钟。即使将来激光器性能提高一个数量级，临界原子数仍然保持在100，000以下。相比之下，基于较小的不可扩展的集合的时钟，例如离子时钟，已经可以从当前时钟激光器的压缩态中受益。
2020-09-09 physics.atom-ph quant-ph
0.75 atoms improve the clock signal of 10,000 atoms
自拉姆齐的开创性工作以来，原子干涉仪被用于精密计量，特别是测量时间和实现秒。在经典干涉仪中，原子系综在两个输入态之一中准备，而第二个输入态是空的。在这种情况下，真空噪声将干涉仪的精度限制在标准量子极限（SQL）。在这里，我们提出并实验证明了一种新的时钟配置，超越了SQL压缩真空中的空输入状态。我们创建了一个平均包含0.75个原子的压缩真空态，以将10，000个原子的时钟灵敏度提高2.05 dB。SQL对今天的微波喷泉钟构成了重大限制，微波喷泉钟是主要的时间参考。我们评估了设计下一代基于原子压缩真空的喷泉钟的主要技术限制和挑战。
2016-05-25 cond-mat.quant-gas quant-ph
Atomic Combination Clocks
原子钟使用原子跃迁作为频率参考。原子跃迁对外部场的敏感性限制了时钟的稳定性，并引入了系统的频率偏移。在这里，我们建议实现一个原子钟，利用纠缠叠加态的多个原子物种，其中的参考频率是一个单独的过渡频率的总和。选择叠加，使得各个物种中相应跃迁的敏感性发生破坏性干扰，从而提高稳定性并减少系统漂移。我们提出并分析了两个这样的组合的例子。第一种方法利用$^{40}$ Ca $^+$- $^{174}$ Yb $^+$双离子晶体中的光学四极跃迁。第二个是一个$^{88}$ Sr $^+$离子和三个$^{202}$ Hg $^+$离子的光学四极跃迁的叠加。这些组合降低了对外部磁场和黑体辐射的敏感性。
2017-09-05 physics.atom-ph quant-ph
Realization of Landau-Zener Rabi Oscillations on optical lattice clock
本研究针对冷原子中此前未观测到Landau-Zener Rabi振荡的问题，通过补偿钟激光漂移、优化参数，在锶光晶格钟平台测得该振荡，其平台时长为其他平台的10⁴倍，且相消LZ干涉可抑制退相，助力冷原子量子态操控。
2024-08-19 physics.atom-ph quant-ph
Demonstration of a Dual Alkali Rb/Cs Atomic Fountain Clock
我们报道了一个Rb/Cs双原子喷泉钟的工作。133 Cs和87 Rb原子在LNE-SYRTE的FO 2双喷泉中同时冷却、发射和检测。双时钟操作发生时，稳定性或精度都没有下降。我们描述了实现这种同时操作的关键功能。我们还报告的第一个Rb/Cs的频率测量活动与FO 2在这个双原子钟配置，包括一个新的绝对87 Rb超精细频率的测定结果。
2013-01-03 physics.atom-ph quant-ph
Exponential scaling of clock stability with atom number
在囚禁原子钟中，退相干的主要来源通常是振荡器的相位噪声。对于这种情况下，我们得到理论上的性能增益相结合的几个原子合奏。例如，N个原子的M个系综可以与各种探测周期相结合，以将频率变化减少到标准拉姆齐时钟的M 2^-M倍。如果一些系综的原子相以降低的频率演变，则类似的指数改进是可能的。这些系综可以由具有较低频率跃迁的原子或分子构成，或者由动态解耦产生。具有减小的频率或探测周期的系综仅负责计数2 π相位缠绕的整数个，并且不影响时钟的系统误差。具有高斯初始状态的量子相位测量允许比拉姆齐光谱更小的系综尺寸。
2013-03-28 physics.atom-ph quant-ph
Highly-charged ions as a basis of optical atomic clockwork of exceptional accuracy
提出了一种基于高电荷态离子的新型原子钟。我们考虑了高电荷态离子的$4f^{12}$基态组态中的高禁戒激光可及跃迁。我们对系统效应的评估表明，这些跃迁可用于建造非常精确的原子钟，它可能与最近提出的核钟在精度上竞争。
2012-08-17 physics.atom-ph physics.optics quant-ph
Prospects for atomic clocks based on large ion crystals
我们研究了大离子晶体精密频率计量的可行性。对于具有负微分静态极化率的时钟候选者，我们表明微动效应不应妨碍时钟的性能。使用Lu+作为一个具体的例子，我们表明，由于相邻离子的电场的四极移动不会显着影响时钟性能。我们还表明，张量极化率的影响，可以有效地管理与补偿激光至少为少量的离子（<1000）。这些结果为基于离子的原子钟提供了新的可能性，使它们能够达到与光晶格中的中性原子相当的稳定性水平，并为更高水平的准确性提供了可行的途径。
2015-07-08 physics.atom-ph quant-ph
Sagnac interferometry with a single atomic clock
从理论上讨论了冷原子Sagnac干涉仪的实现。与现有的方案相比，我们的协议不依赖于任何原子的自由传播。相反，它是基于完全限制的原子和状态相关的运输沿一个封闭的path.Using拉姆齐序列的原子钟，积累的Sagnac相位编码在两个内部（时钟）状态之间的人口不平衡。使用上述协议的极小模型，我们分析量化的限制所产生的原子动力学和有限的温度。我们讨论了一个实际实施的绝热射频电位的干涉仪，固有的强大的共模噪声以及相位噪声从参考振荡器。
2015-04-21 physics.atom-ph quant-ph
Reducing the instability of an optical lattice clock using multiple atomic ensembles
本文通过多原子系综的相位估计方法，在锶光晶格钟中实现不稳定性降低2.08倍，并增强相干询问时间3倍以上。
2023-12-20 physics.atom-ph quant-ph
Testing General Relativity with Atomic Clocks
我们讨论的观点，新的测试广义相对论的基础上，最近的技术发展，以及新的想法。我们把注意力集中在用原子钟进行的测试上，不重复本卷其他贡献中的论点。特别是，我们目前的空间项目ACES和SAGAS的科学动机。
2009-03-06 gr-qc quant-ph
Decoherence of Atomic Ensembles in Optical Lattice Clocks by Gravity
光晶格钟现在可以通过在足够长的时间内积分的引力红移来分辨原子系综内小于1 mm的高度差。稳定性的进一步提高使得时钟能够解析原子系综内的子系统的高度差，该原子系综通常被询问为单个拉姆齐序列中的单个相干自旋态，导致相干自旋态的退相。通过引入用于三维光晶格的单层分辨成像系统，利用稳定性为$\lesssim 10^{-21}$的时钟可以观察到这种效应，并且对于对于三个轴对称分布的原子系综，该效应限制了时钟在$10^{-19}$周围的1s稳定性，这也是退相干的信号。对于处于纠缠态的原子，这可能是引力效应对量子态退相干的第一次观察，抑制其他系统位移来观察这种退相干似乎是可行的。
2022-02-03 physics.atom-ph quant-ph
Counting and metrology of distributed atomic clocks using metropolitan fiber
本研究演示了SIOM与SIMT间通过单根城域光纤传输三种时钟信号并实现四钟跨实验室比对的分布式原子钟网络，其频率一致性低于1E-15，为未来守时实验室模式提供了新探索。
2024-01-09 physics.atom-ph quant-ph
Entanglement-Enhanced Optical Atomic Clock
最先进的原子钟是基于精确检测两个原子能级之间的能量差，测量为在给定时间间隔内累积的量子相位。光学晶格时钟（OLC）现在工作在或接近标准量子极限（SQL），这是由与离散测量结果相关的量子噪声引起的。虽然在微波时钟和其他原子传感器中已经通过工程化原子之间的量子相关性（纠缠）实现了超越SQL的性能，但是在光学时钟跃迁上的纠缠的产生和超越SQL的这种时钟的操作代表了量子精密测量中从未被证明的主要目标。在这里，我们报告创建一个多原子纠缠态的光学跃迁，并证明了一个OLC的阿伦偏差低于SQL。我们报告了一个$4.4^{+0.6}_{-0.4}$ dB的SQL使用的合奏组成的几百个171 Yb原子，使我们能够达到一个给定的稳定性$2.8{\pm}0.3$倍的速度比在SQL相同的时钟。我们的研究结果应该很容易适用于其他系统，从而使进一步的进步，在计时精度和准确性。纠缠增强的OLC将有许多科学和技术应用，包括物理学基本定律的精确测试，大地测量学或引力波探测。
2020-06-16 physics.atom-ph quant-ph
UGR tests with atomic clocks and atom interferometers
原子干涉实验测试了物质能量和引力在不同时空点之间耦合的普适性，因此原则上能够探测引力红移（UGR）普适性的可能违反。在这篇文章中，我们介绍了一个UGR破坏模型，然后讨论了UGR测试原子钟和原子干涉仪在相同的基础上进行。我们提出了一个大类的原子干涉几何是敏感的违反UGR。
2022-03-30 gr-qc physics.atom-ph quant-ph
Quantum Variational Optimization of Ramsey Interferometry and Atomic Clocks
我们讨论了量子变分优化的Ramsey干涉与$N$纠缠原子系综，和它的应用原子钟的基础上的贝叶斯方法的相位估计。我们确定最佳的输入状态和广义测量的变分近似为相应的纠缠和解码量子线路。这些电路是根据特定传感器平台可用的基本量子操作构建的，例如单轴扭曲或有限范围相互作用。优化定义相对于成本函数，这在本研究中是贝叶斯均方误差的估计相位为一个给定的先验分布，即我们优化的干涉仪的有限动态范围。在光学原子钟的类似变分优化中，我们使用给定Ramsey询问时间的Allan偏差作为长期不稳定性的相关代价函数。值得注意的是，即使是低深度的量子线路也能产生非常接近最佳拉姆齐干涉法和原子钟的基本量子极限的优异结果。这里所确定的量子周期表方案很容易应用于基于光晶格、镊子阵列或捕获离子的原子钟。
2021-10-14 physics.atom-ph quant-ph
Evaluation of Doppler Shifts to Improve the Accuracy of Primary Atomic Fountain Clocks
我们证明了测量和从头计算之间的协议所造成的频率偏移的分布腔相位变化的微波腔中的一个主要原子喷泉钟。对空腔有限元模型的实验验证首次定量评估了这种主要不确定性，并将其降为δ nu / nu = 8.4 \times 10^-17。将这些实验技术应用于改进微波谐振腔的时钟，将产生可忽略的分布式谐振腔相位不确定度，小于\pm 1 \times 10^-17。
2011-03-08 physics.atom-ph quant-ph
Seeking better times: atomic clocks in the generalized Tonks-Girardeau regime
这篇文章是根据在布劳博伊伦会议上的同名谈话撰写的。首先，我们简要讨论时间和时间保持的重要性，解释一般时钟的基本功能，特别是原子钟，它依赖于拉姆齐干涉测量。讨论了冷原子在玻色-爱因斯坦凝聚体中的应用及其局限性。我们研究的另一种选择是一个不同的冷原子制度：紧密限制和强相互作用玻色子的Tonks-Girardeau（TG）气体。首先对TG气体进行了综述，然后将其推广到二能级原子。最后，我们探讨了拉姆齐干涉和TG气体的结合。
2008-01-14 cond-mat.quant-gas quant-ph
An atomic array optical clock with single-atom readout
目前，最准确和稳定的时钟使用光学探询的单个离子或中性原子的系综限制在一个光晶格。在这里，我们展示了一个新的光学时钟系统的基础上的一个阵列的单独捕获的中性原子与单原子读出，合并的离子和晶格时钟的许多好处，以及创建一个桥梁，最近开发的技术在量子模拟和计算与中性原子。我们通过自我比较来评估单站点分辨的频率偏移和短期稳定性。原子的反馈控制，使直接的实验估计激光噪声的贡献。结果同意与从头算蒙特卡罗模拟，结合有限的温度，投影读出，激光噪声，和反馈动力学。我们的方法，基于镊子阵列，也抑制相互作用的变化，同时保留一个很短的死区时间，所有在一个比较简单的实验装置适合于可运输的操作。这些结果为第三个光学时钟平台奠定了基础，并为纠缠增强计量学、量子时钟网络以及量子计算中的应用和需要光学时钟状态控制的单个中性原子的通信提供了一个新的起点。
2019-10-29 cond-mat.quant-gas physics.atom-ph quant-ph
Spin waves and Collisional Frequency Shifts of a Trapped-Atom Clock
我们用空间非均匀脉冲激发自旋波，并研究了囚禁$^{87}$ Rb的芯片级原子钟的频移。超精细跃迁的密度相关频移模拟了费米子s波碰撞频移，包括光晶格钟的频移。当自旋极化在陷阱中振荡时，频移反转，并且取决于第二个拉姆齐脉冲的面积，表现出预测的超出平均场的频移。数值和分析模型说明了观察到的行为。
2012-07-04 physics.atom-ph quant-ph
Atomic Clock Measurements of Quantum Scattering Phase Shifts Spanning Feshbach Resonances at Ultralow Fields
我们使用原子喷泉钟通过一系列窄的、低场的费什巴赫共振精确测量量子散射相移，平均碰撞能量低于$1\,μ$ K。我们的低扩散碰撞能量产生相位变化的顺序$\pm π/2$为目标原子在几个$F,m_F$状态。我们将它们与理论模型进行比较，并建立测量的准确性和拟合电位的理论不确定性。我们发现总体上非常一致，有一些统计上的显著差异仍然无法解释。
2017-08-11 physics.atom-ph quant-ph
An atomic clock with $1\times 10^{-18}$ room-temperature blackbody Stark uncertainty
由于黑体辐射（BBR）的斯塔克位移是限制许多原子频率标准的性能的关键因素，与BBR环境内的时钟装置是难以在高精度水平的特征。在这里，我们展示了一种真空辐射屏蔽，它为镱光晶格时钟中的原子提供了一个均匀的、特征良好的BBR环境。在室温下工作时，该屏蔽层能够将BBR环境规范为相应的分数时钟不确定度贡献$5.5 \times 10^{-19}$。结合原子响应的不确定性，BBR斯塔克位移的总不确定性现在是$1\times10^{-18}$。屏蔽在高温下的进一步操作使得能够直接测量BBR移位温度依赖性，并证明我们评估的BBR环境和预期的原子响应之间的一致性。
2014-12-02 physics.atom-ph quant-ph
Impact of Non-Unitary Spin Squeezing on Atomic Clock Performance
自旋压缩是一种纠缠形式，可以通过诱导粒子间关联来重新分配量子投影噪声，从而提高与多个粒子一起工作的量子传感器的稳定性。以前的分析时，使用自旋压缩的潜在的量子增益进行理论上的理想状态，没有纳入实验的缺陷或固有的限制，导致非幺正量子态的演变。在这里，我们表明，在时钟稳定性的潜在收益大幅减少时，自旋压缩是非酉的，并推导出解析公式的时钟性能作为一个函数的压缩，多余的自旋噪声，和干涉仪的对比度。我们的研究结果强调了创造和利用近纯纠缠态对改进原子钟的重要性。
2018-10-13 physics.atom-ph quant-ph
Scattering of light dark matter in atomic clocks
我们提出了一个详细的分析的光暗物质（DM）对原子钟的影响，DM质量和密度的情况下，占领数是低的，DM必须被视为粒子散射的原子，而不是一个经典的字段。我们表明，由此产生的原子钟频率偏移是一阶的散射振幅，特别适合于约束DM模型的制度，DM质量$m_χ\ll$ GeV。我们提供了一些粗略的数量级估计的灵敏度，可以面对任何DM模型，允许非零差分散射振幅的两个原子状态中涉及的时钟。
2018-10-03 astro-ph.CO astro-ph.GA quant-ph
Ultrafast time-scale Berry-phase gates of atomic clock states
极快的量子比特控制可以大大减少量子计算的计算时间，并可能解决许多物理系统中的有限时间退相干问题。在这里，我们提出并实验证明皮秒的时间尺度控制的原子钟状态量子比特，使用贝里相位门实现了一对啁啾激光脉冲。虽然微波或拉曼跃迁的传统方法不允许在比超精细自由演化周期更快的时间内控制原子量子位，但我们的超快贝里相位门方法实现了快速时钟状态操作。我们还实现了对激光参数噪声的操作鲁棒性，因为几何相位仅由绝热演化路径确定，而不受任何动力学细节的影响。实验实现进行了两个线性偏振，啁啾超快光脉冲，与五个单一的铷原子的光镊偶极阱阵列相互作用，以证明建议的超快时钟状态门和它们的操作鲁棒性。
2019-07-23 physics.atom-ph quant-ph
Spin squeezing in optical lattice clocks via lattice-based QND measurements
量子投影噪声将很快限制基于晶格限制中性原子的光学原子钟的最佳可实现精度。在Ramsey询问期间通过测量时钟态布居来压缩集体原子赝自旋抑制投影噪声。我们在这里表明，晶格激光场可以用来执行理想的量子非破坏测量没有时钟移位或退相干，并探讨这种方法在理论上与晶格场限制在一个环形谐振腔的可行性。由于晶格阱中的原子振动而产生的运动边带的检测可以产生比投影噪声极限高百倍的信号大小。
2008-05-08 physics.atom-ph quant-ph
An atomic clock with $10^{-18}$ instability
原子钟在科学和技术领域具有革命性的意义，导致了全球定位、先进通信和基本常数变化测试等创新。下一代光学原子钟可以扩展这些计时器的功能，研究人员长期以来一直渴望将测量精度提高到$\bm{10^{18}}$的1分之一。这一里程碑将促成新的计时应用的第二次革命，如相对论大地测量、增强的地球和空间导航和复制，以及对标准模型以外的物理学的新测试。在这里，我们描述了两个光晶格时钟，都利用自旋极化，超冷原子镱的发展和操作。对这些系统进行比较的测量表明，仅经过$\bm{7}$小时的平均后，$\bm{1.6\times 10^{-18}}$的原子钟就出现了前所未有的不稳定性。
2013-05-24 physics.atom-ph physics.optics quant-ph
High-precision atomic clocks with highly charged ions: nuclear spin-zero $f^{12}$-shell ions
使用高电荷离子的光学原子钟在第19位有效数字的计量学上有着诱人的前景。在这里，我们研究高电荷离子的$4f^{12}$基态电子构型内的跃迁。我们考虑缺乏超精细结构的同位素，并表明通过使用特别选择的虚拟时钟跃迁，可以有效地减少电子四极矩耦合到捕获电场梯度的不利影响。估计的系统分数时钟精度被证明是低于$10^{-19}$。
2012-09-18 physics.atom-ph physics.optics quant-ph
Strong Mitigation of the Magnetic-Field-Induced Frequency Shift in Coherent-Population-Trapping Atomic Clocks
本文提出利用类 Pound-Drever-Hall 频率锁定技术抑制 CPT 原子钟中磁场致频移，在铷蒸气池中测得残余灵敏度约 72 μHz/mG，为新一代微型原子钟的长期频率稳定度提升提供了通用方法。
2025-06-06 physics.atom-ph quant-ph
High accuracy measure of atomic polarizability in an optical lattice clock
尽管斯塔克效应是量子力学微扰理论的典型例子，也是最早观察到的光谱位移之一，但它通过黑体辐射成为现代光学原子钟中最大的不确定性来源。通过采用超冷、囚禁原子系综和高稳定度光学钟，我们以前所未有的精度描述了二次斯塔克效应。我们将镱光钟对电场（如黑体辐射）的灵敏度报告为接地和激发时钟电平的差分静态极化率：36.2612（7）kHz（kV/cm）^{-2}。由于室温黑体辐射，时钟的分数不确定度降低了一个数量级，为3 \times 10^{-17}。
2011-12-13 physics.atom-ph physics.ins-det quant-ph
Rydberg Spectroscopy in an Optical Lattice: Blackbody Thermometry for Atomic Clocks
我们表明，里德堡态的光谱可以提供准确的{ \em原位}测温在室温下。主量子数为25至30的从亚稳态到里德堡态的跃迁对黑体辐射的分数频率灵敏度比锶钟跃迁大200倍。我们证明，魔术波长晶格存在的亚稳态和里德伯态之间的锶和镱的过渡。用$10^{-16}$精确度测量里德堡跃迁的频率提供了$10 \, \mathrm{mK}$分辨率，并产生了$10^{-18}$的时钟跃迁的黑体不确定性。
2011-07-15 physics.atom-ph quant-ph
Gravitational Redshift Tests with Atomic Clocks and Atom Interferometers
原子干涉实验可以通过原子的内能分裂来探测引力红移，从而直接检验不同时空点上物质能量与引力耦合的普适性。通过包括可能违反的等效原理在一个完全量子化的治疗的所有自由度，我们的特点是如何产生的引力红移违规的灵敏度在原子钟和原子干涉仪，以及其潜在的局限性。具体而言，我们表明：（一）对俘获势的贡献超过了线性序，导致俘获原子钟具有这样的灵敏度。（二）虽然布拉格型干涉仪，即使是叠加的内部状态，与状态无关，线性相互作用势是在第一次不敏感的引力红移测试，修改后的配置，例如通过重新启动原子，可以模仿这样的测试测试在某些条件下。（三）制导原子干涉仪可与原子钟相媲美。（iv.）内部跃迁导致依赖于状态的相互作用势，通过这种相互作用势，光脉冲原子干涉仪可以变得对引力红移破坏敏感。
2021-11-17 gr-qc physics.atom-ph quant-ph
