Noisy quantum gyroscope
陀螺旋转敏感器在惯性导航系统中起着关键作用。利用量子资源研制出比传统陀螺仪更高精度的陀螺仪已引起人们的广泛关注。然而，现有的量子陀螺仪方案在退相干的影响下遭受严重的恶化，这被称为噪声计量学的不通过定理。利用两个量子化光场作为量子探针，提出了一种量子陀螺方案。我们对非马尔可夫噪声的精确分析表明，当每个光场与其环境形成束缚态时，作为增强灵敏度资源的演化时间和无噪情况下达到的超海森堡极限都是渐进可恢复的。研究结果为在实际噪声环境中实现高精度旋转传感提供了指导。
2023-01-25 quant-ph
A Precision Gyroscope from the Helicity of Light
本文提出一种基于旋转对光偏振影响测量旋转的精密陀螺仪，利用左右旋圆偏振光的差分相移实现与光频率无关的信号，并通过超导射频系统延长存储时间以提升灵敏度。
2025-04-02 physics.optics quant-ph
Characterizing Multimode Effects in a Guided Matterwave Gyroscope
The Australian National University（澳大利亚国立大学）
该研究理论探究由两分量玻色-爱因斯坦凝聚体构成的紧凑型物质波涡旋陀螺仪性能，量化其两种性能退化机制，确定参数权衡区间，对比导波萨格纳克干涉仪展现更优缩放特性，是紧凑型高精度旋转传感的有前途候选方案。
2026-08-24 cond-mat.quant-gas quant-ph
Nonlinear Multi-Resonant Cavity Quantum Photonics Gyroscopes Quantum Light Navigation
提出基于非线性多谐振腔量子光子学的片上全光陀螺仪，利用量子关联与非线性混频，通过贝叶斯优化提升Fisher信息，较散粒噪声限制线性陀螺仪提升约900倍。
2023-10-14 quant-ph
Realization of cold atom gyroscope in space
本研究利用中国空间站上的原子干涉仪，通过压电反射镜补偿转速、在轨校准等技术，首次实现空间冷原子陀螺仪，测得的旋转结果与空间站经典陀螺仪数据相符，为空间高精度冷原子陀螺仪发展奠定基础。
2024-09-14 physics.app-ph physics.atom-ph physics.pop-ph
Quantum Sensing with Bright Two-Mode Squeezed Light in a Distributed Network of Gyroscopes
Indian Institute of Space Science and Technology（印度空间科学与技术学院）
本文提出利用明亮双模压缩态在多陀螺仪分布式网络中实现量子增强角速度估计，并通过量子Cramér-Rao界分析证明其在5%光子损耗下可获得约9.3 dB的灵敏度提升。
2025-11-10 physics.optics quant-ph
Gravity Probe Spin: Prospects for measuring general-relativistic precession of intrinsic spin using a ferromagnetic gyroscope
本文提出了一个量子物理和广义相对论交叉点的实验测试：利用电子的内禀自旋测量相对论标架拖曳和测地岁差。在被大质量旋转体拖曳和扭曲的时空中，内禀自旋的行为是一个实验上的开放问题，因此这样的测量结果可能具有重要的理论意义。这种测量是可能的，通过使用毫米级的铁磁陀螺仪在轨道上围绕地球。在铁磁体的旋转角动量足够小的条件下，铁磁体的角动量由原子电子自旋主导，并被预测表现出宏观陀螺行为。如果这样的铁磁陀螺仪与环境充分隔离，则通过自旋-晶格相互作用对量子不确定性进行快速平均使得能够以足够的灵敏度读出铁磁陀螺仪动力学，以测量由于地球引起的Lense-Thirring（框架拖曳）和de Sitter（大地进动）效应。
2020-06-16 gr-qc quant-ph
Emulated nuclear spin gyroscope with $^{15}$NV centers in diamond
针对 NV 陀螺仪大型自旋系综相干性退化问题，研究利用 $^{15}$NV 中心核自旋，揭示相干衰减机制并开发仅控制电子自旋的鲁棒相干保护协议，实现退相干时间提升 15 倍及陀螺仪灵敏度提升一个数量级。
2024-01-06 quant-ph
Stable Three-Axis Nuclear Spin Gyroscope in Diamond
提出了一种灵敏稳定的三轴金刚石陀螺。我们通过利用与金刚石中氮空位中心相关的N14核自旋的长相干时间以及其电子自旋的有效极化和测量来实现高灵敏度。虽然陀螺仪是基于一个简单的拉姆齐干涉方案，我们使用量子传感器的相干控制，以提高其相干时间以及其对长时间漂移的鲁棒性，从而实现了一个非常强大的设备，分辨率为0.5mdeg/s/（Hz mm^3）^（1/2）。此外，我们利用氮空位中心的四个离域轴来测量旋转速率，而且还测量其方向，从而获得紧凑的三轴陀螺仪。
2012-05-07 cond-mat.mes-hall quant-ph
High Precision Inertial Rotation Rate and Magnetic Field Estimate via Extended Kalman Filter
最近的技术发展使原子自旋成为最灵敏的惯性和磁性传感器。原子自旋陀螺仪（磁力计）基本上输出待测量的惯性旋转速率（磁场）的估计。用于估计静态或准静态惯性旋转速率（磁场）的常规方法采用稳态信号与输入旋转速率（磁场）之间的依赖关系。本文提出了一种适用于原子自旋陀螺仪和磁强计的扩展卡尔曼滤波（EKF）方法。结果表明，EKF方法比传统的稳态估计方法具有更高的精度和更快的速度。
2014-02-28 quant-ph
Cross-sensor feedback stabilization of an emulated quantum spin gyroscope
量子传感器，如钻石中的氮空位（NV）色心，以其灵敏度而闻名，但随着时间的推移，它们的性能会受到环境噪声的影响。为了提高量子传感器的长期鲁棒性，在这里，我们实现了一个集成的组合自旋传感器在相同的微米尺度的足迹，它利用两个不同的自旋灵敏度不同的物理量，以稳定一个自旋传感器与本地信息收集实时通过第二传感器。我们表明，我们可以使用一个大的合奏NV中心的电子自旋作为传感器的本地磁场波动，影响两个自旋传感器，以稳定的输出信号的交错拉姆齐序列上执行的14 N核自旋。这种设备的预期应用是以几天的稳定性感测旋转速率，允许在有限或不需要地理定位的情况下导航。我们的研究结果将使稳定的旋转传感超过几个小时，这已经反映了比MEMS陀螺仪的灵敏度和尺寸相当更好的性能。
2019-05-31 quant-ph
Quantum sensing of acceleration and rotation by interfering magnetically-launched atoms
提出一种基于磁悬浮原子干涉仪的紧凑型冷原子加速度计-陀螺仪架构，通过混合经典传感器校正漂移，显著提升了稳定性，并具备扩展为全六轴惯性测量单元的潜力。
2024-09-23 physics.acc-ph physics.atom-ph quant-ph
Quadrupole Effects on Nuclear Magnetic Resonance Gyroscopes
核磁共振陀螺仪检测旋转作为核自旋的进动频率的偏移，已经引起了很多关注。在反馈产生的驱动下，进动频率应该仅取决于角动量和施加的磁场。然而，具有大于1/2的自旋的原子核经历与单元壁处的电场梯度的电四极相互作用。这种四极相互作用使核自旋的旋进频率偏移，这给旋转测量带来不准确性，因为四极相互作用常数$C_q$难以精确测量。本文从理论上研究了四极相互作用对核磁共振陀螺仪的影响。我们发现，当常数$C_q$与系统的特征衰减率相比很小时，随着反馈驱动场强度的增加，四极移单调减小，与$C_q$的符号无关。在大的$C_q$区域中，存在不止一个旋进频率，并且根据初始条件，核自旋可以以单频或多频旋进。在这种情况下，在较大的驱动振幅下，核自旋可以恢复单频旋进。这些结果是通过在旋转坐标系下求解核自旋的有效主方程得到的，并由此给出了系统的稳态解和动力学。
2019-11-30 quant-ph
Restoring Velocity Immunity via Dynamic Mirror Compensation in a Large-Area Dual-Atom-Interferometer Gyroscope
Wuhan Institute of Physics and Mathematics, Innovation Academy for Precision Measurement Science and Technology, Chinese Academy of Sciences（中国科学院精密测量科学与技术创新研究院武汉物理与数学研究所）；University of Chinese Academy of Sciences（中国科学院大学）；Hefei National Laboratory（合肥国家实验室）
提出并演示了一种动态镜面补偿方案，通过主动旋转拉曼镜面消除科里奥利效应破坏的速度免疫性，在21.1 cm²干涉面积的双原子干涉仪陀螺仪上实现40倍速度依赖性降低和0.13 ppm的标度因子稳定性。
2026-05-29 physics.atom-ph quant-ph
Reinforcement Learning for Rotation Sensing with Ultracold Atoms in an Optical Lattice
本文提出一种基于强化学习的光晶格超冷原子陀螺仪设计方法，通过端到端生成晶格抖动序列优化旋转传感灵敏度，在相同探测时间下比传统Bragg干涉提高20倍，且装置与Mach-Zehnder型干涉仪不同。
2024-10-28 quant-ph
Demonstration of diamond nuclear spin gyroscope
本研究演示了基于金刚石NV色心本征$^{14}$N核自旋的旋转传感器，采用光学极化读出与射频双量子脉冲协议，抑制温度敏感度且无需NV电子自旋共振微波脉冲，实现了4.7°/√s的灵敏度与0.4°/s的偏置稳定性。
2021-07-09 cond-mat.mes-hall physics.ins-det quant-ph
Enhanced phase estimation with coherently boosted two-mode squeezed beams and its application to optical gyroscopes
Shanghai Dianji University（上海电机学院）；Louisiana State University（路易斯安那州立大学）；Shanghai Jiaotong University（上海交通大学）；National Institute of Information and Communications Technology（信息通信技术研究所）；NYU-ECNU Institute of Physics at NYU Shanghai（纽约大学华东师范大学上海物理研究所）；CAS-Alibaba Quantum Computing Laboratory, USTC（中国科学院-阿里巴巴量子计算实验室，中国科学技术大学）
研究利用相干光激发双模压缩光束提高光学陀螺仪灵敏度，通过简单强度测量实现，量子噪声低于散粒噪声极限，分析了增强因子、损耗影响，发现随着光子数增加相位灵敏度更接近量子界。
2026-07-08 quant-ph
Dual axis atomic magnetometer and gyroscope enabled by nuclear spin perturbation
提出一种基于核自旋扰动的新共磁力计方案，通过磁脉冲和脉冲光泵浦测量磁噪声以减少串扰，数值和实验证明其双轴信号恢复灵敏度与单轴设备相当，串扰达0.2±0.1μHz/pT。
2025-04-03 physics.app-ph physics.atom-ph physics.ins-det
Quantum memory assisted precision rotation sensing
我们建议通过采用多体量子自旋系统来实现固态旋转传感器，该多体量子自旋系统利用了电子自旋的易控制性和集体核自旋态提供的鲁棒性。该传感器由一个中心电子自旋耦合到许多周围的核自旋。以前，这种中心自旋系统被认为可以实现量子存储器。在这里，我们进一步利用集体核自旋，它存储了一定的量子态，以检测宏观旋转。与其他基于核自旋的陀螺仪不同的是，我们的方案不直接通过核磁共振技术操纵核自旋。我们分析和数值研究的影响，部分核极化和退相干的灵敏度。我们还简要介绍了通过量子存储技术在核自旋之间产生纠缠以及利用这种纠缠来提高传感性能的过程。我们的建议铺平了道路，实验实现一个紧凑的固态，全电和自旋陀螺仪。
2020-01-08 quant-ph
Zeptosecond-scale single-photon gyroscope
本研究提出一种基于自发参量下转换的全光纤电信波段单光子陀螺仪，实现泽秒级延迟测量精度，资源效率接近理论极限，为量子光学与相对论结合的实验研究提供新路径。
2024-07-15 quant-ph
Quantum dynamics of a levitated ferromagnetic gyroscope
California State University – East Bay（东湾州立大学）
研究悬浮铁磁陀螺仪的量子动力学，建立量子模型，分析其进动等现象及量子极限，表明射频场可驱动跃迁，实现多种功能，为其应用建立框架，相关技术可用于寻找多种物理现象。
2026-07-21 physics.atom-ph quant-ph
Experimental Constraints of Using Slow-Light in Sodium Vapor for Light-Drag Enhanced Relative Rotation Sensing
我们报告了在原子钠蒸气中电磁感应透明和慢光（vg ~ c/607）的实验观察，作为最近提出的慢光增强相对旋转传感实验的潜在介质[11]。我们已经进行了与双光子共振相关的折射率变化的干涉测量，以估计与基于慢光的旋转传感方案相关的介质的色散特性。我们还表明，光学萨尼亚克环中反向传播的泵浦光束的存在会产生向后的光学相位共轭光束，该光束会产生杂散信号，这可能会使慢光增强陀螺仪中微小旋转的测量变得复杂。我们确定克服这种限制的技术。
2005-12-30 quant-ph
Ultrahigh Precision Absolute and Relative Rotation Sensing using Fast and Slow Light
我们描述了一种基于谐振腔的光学陀螺仪，其测量绝对旋转的灵敏度通过利用超光速光传播的异常色散特性来提高。增强由群指数的倒数给出，饱和到由群速度色散确定的界限。我们还展示了如何抵消效应的伴随加宽的谐振器线宽可以规避使用一个有源腔。对于实际条件，增强因子高达106。我们还展示了如何正常色散用于慢光可以增强相对旋转传感在一个专门设计的Sagnac干涉仪，与提高了由慢因子
2007-03-02 quant-ph
Cavity-enhanced solid-state nuclear spin gyroscope
本文提出利用协同腔量子电动力学耦合与NV超精细子空间双场干涉实现核自旋高效直接读出，并将其用于惯性传感，使旋转灵敏度较以往固态自旋方案提升三个数量级。
2025-02-03 quant-ph
