Quantum-enhanced differential atom interferometers and clocks with spin-squeezing swapping
将差分干涉测量视为分布式多参数估计问题，提出利用单一自旋压缩态在公共干涉模式间进行模式交换的协议，实现了突破标准量子极限的差分相移估计灵敏度，并通过原子钟和干涉仪的噪声模拟验证了其有效性。
2023-03-17 quant-ph
Distributed quantum sensing with a mode-entangled network of spin-squeezed atomic states
量子传感器用于精确计时、场传感和量子通信。例如，这些传感器的分布式网络之间的比较能够同步不同位置的时钟。传感器网络的性能受到技术挑战以及与用于实现网络的量子态相关联的固有噪声的限制。对于在每个节点处仅具有局部纠缠的网络，网络的噪声性能最多以节点数量的平方根提高。在这里，我们证明了网络节点之间的非局域纠缠提供了更好的缩放与网络规模。一个共享的量子非破坏性测量纠缠了一个最多有四个节点的时钟网络。该网络的精度比没有非局域纠缠的网络高出4.5 dB，比在量子投影噪声限制下运行的传感器网络高出11.6 dB。我们证明了一般性的方法与原子钟和原子干涉仪协议，在科学和技术相关的配置优化的传感器输出的固有差分比较。
2022-05-12 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
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
Sub-millihertz magnetic spectroscopy with a nanoscale quantum sensor
精确的计时对计量至关重要，它是确定时间、长度和基本常数标准的基础。稳定的时钟在光谱学中特别有价值，因为它们定义了可以达到的最终频率精度。在量子精密测量中，量子比特的相位用于检测外部场，时钟稳定性由量子比特相干时间定义，其决定了光谱线宽和频率精度。在这里，我们展示了一个量子传感协议，其中的光谱精度超出了传感器的相干时间，并受到经典时钟的稳定性的限制。使用这种技术，我们观察到的精度在频率估计缩放时间$T$，作为$T^{-3/2}$的经典振荡领域。基于金刚石单自旋的窄线宽磁强计用于感测纳米级磁场，其固有频率分辨率为607 $μ$ Hz，比量子比特相干时间窄8个数量级。
2017-06-07 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
Unified laboratory-frame analysis of atomic gravitational-wave sensors
Center for Integrated Quantum Science
本研究分析了原子钟和原子干涉仪在重力波下的响应机制，提出通过复合探测协议提升其灵敏度。
2025-12-17 gr-qc physics.atom-ph quant-ph
High Purcell-enhancement in quantum-dot hybrid circular Bragg grating cavities for GHz-clockrate generation of indistinguishable photons
Technische Universität Berlin（柏林工业大学）；Institute of Semiconductors, Chinese Academy of Sciences（中国科学院半导体研究所）；University of Chinese Academy of Sciences（中国科学院大学）
通过混合圆布拉格光栅实现高普尔次增强的量子点，实现GHz重复率的不可区分光子生成。
2026-02-10 quant-ph
Entanglement-Enhanced Optical Atomic Clocks
本文综述利用多体纠缠态突破标准量子极限的实验方法，重点探讨其在先进光学原子钟中的应用，并介绍无需亚SQL分辨率即可利用高量子Fisher信息复杂态的时间反演协议。
2022-09-20 physics.atom-ph quant-ph
Quantum spectroscopy of single spins assisted by a classical clock
单二能级系统的量子光谱学大大提高了我们探测微弱信号的能力。最近人们意识到，对于经典信号，量子光谱学的精度和分辨率主要受到信号的相干性和用于测量时间的时钟的稳定性的限制。量子探针的相干时间可以明显更短，不是分辨率测量的主要限制因素。在这里，我们解决了量子信号光谱学的类似问题，例如量子传感器用于检测单个核自旋。我们提出并分析了一种新的相关光谱技术的性能是有限的目标自旋的相干时间和时钟的稳定性。
2018-07-28 quant-ph
Feedback-Enhanced Quantum Metrology and Clock Precision under Thermodynamic Uncertainty
Key Laboratory of Intelligent Optoelectronic Devices and Chips of Jiangsu Higher Education Institutions, School of Physical Science and Technology, Suzhou University of Science and Technology（江苏高校智能光电器件与芯片重点实验室，苏州科技大学物理科学与技术学院）；Advanced Technology Research Institute of Taihu Photon Center, School of Physical Science and Technology, Suzhou University of Science and Technology（太湖光子中心先进技术研究院，苏州科技大学物理科学与技术学院）；Department of Physics, Zhejiang Normal University（浙江师范大学物理系）
该研究构建了幺正跃迁反馈下开放量子系统的全计数统计，推导了反馈修正的热力学不确定性关系，发现反馈可在不改变平均热力学流的前提下增强储库参数估计与量子时钟精度。
2026-09-02 cond-mat.stat-mech 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
Accuracy enhancing protocols for quantum clocks
时钟产生的时间信息的准确性可以通过允许它们彼此通信来提高。在这里，我们考虑一个基本场景，量子时钟接收低精度时间信号作为输入，并询问它是否可以生成更高精度的输出。我们提出的协议，使用一个量子时钟与$d$维状态空间，以实现一个因子的$d$，足够大的$d$的精度增强。如果不允许对输入信号的反馈，则这种增强是暂时的。通过反馈，可以无限期地保持精度提高。我们的协议是特定于量子时钟的，可以用来在网络中同步它们，定义一个比非交互或经典时钟更精确的时间尺度。
2019-12-03 quant-ph
Criterion on remote clocks synchronization within a Heisenberg scaling accuracy
我们提出了一种量子方法来判断两个空间分离的时钟是否在特定的精度$σ$内同步。如果实验的测量结果明显为非零值，则两个时钟之间的时间差小于$σ$ ;否则时间差超过$σ$。在该方案中，通过共享2个$N$ -量子比特的二体最大纠缠态，可以将判断的准确性提高到$σ\simπ/{(ω(N+1))}$ .该判据与海森堡标度一致，可以认为它超越了标准量子极限，而且不需要无偏估计条件。
2013-03-17 quant-ph
Private network parameter estimation with quantum sensors
量子传感器网络是新兴量子网络的核心应用。使用这种网络的一个关键问题是它们的安全性，特别是针对网络的恶意参与者。我们引入了一个协议来安全地评估量子传感器网络上参数的线性函数，确保所有各方只能访问函数值，而不能访问单个参数。这可以应用于安全的时钟网络，并为量子传感器网络的安全多方计算的更一般应用打开了大门。
2022-07-29 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
Hyper Ramsey-Bordé matter-wave interferometry for robust quantum sensors
使用超窄光学时钟跃迁和复合脉冲的新一代原子传感器正在将量子工程控制推向应用和基础物理的非常高的精度水平。在这里，我们提出了一个新版本的拉姆齐-Bordé干涉术引入任意复合激光脉冲与定制的脉冲宽度，拉比场，失谐和相位步骤。我们探索量子精密测量学的分数精度以下的$10^{-18}$水平的光激发参数的微调控制，保护超窄的光学时钟转换对残余光移耦合到激光探测场波动。我们提出，第一次，强大的超拉姆齐-Bordé和马赫-曾德尔干涉仪，在那里我们保护波包的干扰对失真的频率或相位测量相关的残余多普勒效应和光的变化耦合到脉冲面积误差的新发展。具有复合脉冲和超冷源的量子物质波传感器将提供对引起相移的惯性效应的更高精度的检测，以产生超鲁棒的光学时钟和改进基础物理学的测试，实现以非常高的灵敏度跟踪时空引力波的新型原子干涉仪。
2022-02-13 physics.atom-ph quant-ph
Quantum metrology algorithms for dark matter searches with clocks
诸如动态解耦的量子算法可以用于提高量子传感器对信号的灵敏度，同时抑制对噪声的灵敏度。原子钟是最敏感的量子传感器之一，最近时钟技术的改进使其具有前所未有的精度和准确度。这些时钟对基本常数的变化非常敏感，使它们成为局部超轻标量暗物质的理想探针。基于钍229m异构体的核钟有望进一步提高灵敏度。我们调查使用各种量子精密测量算法在寻找暗物质使用量子时钟。我们提出了一种新的宽带动态解耦算法，并将其与以前提出和证明的量子精密测量协议，即差分光谱和窄带动态解耦进行比较。我们进行数值模拟的标量暗物质搜索与现实的噪声源和会计暗物质退相干。最后，我们讨论了一种替代的钍核跃迁激发方法，绕过了与真空紫外激光器相关的技术挑战。
2023-02-25 physics.atom-ph physics.optics quant-ph
Autonomous multi-ion optical clock with on-chip integrated photonic light delivery
Sandia National Laboratories（桑迪亚国家实验室）；University of California, Los Angeles（加州大学洛杉矶分校）；IonQ Inc.（IonQ公司）
本研究展示了一种自主多离子光学钟，通过芯片集成光子技术实现高稳定性的频率控制，为便携式量子传感器和计算机提供新架构。
2026-01-22 quant-ph
Implementation of field two-way quantum synchronization of distant clocks across a 7 km deployed fiber link
双向量子时钟同步不仅具有飞秒级的同步能力，而且能够抵抗对称延迟攻击，因此成为一种有前景的远距离时钟比较和同步方法，具有更高的精度和安全性。在这封信中，一个氢脉泽和一个Rb钟之间的双向量子同步的现场测试，通过一个7公里长的部署光纤连接。受铷钟频率稳定度的限制，在30 s时达到的时间稳定度测量为32 ps。通过应用光纤微波频率传输技术，稳定性提高了一个以上的数量级，达到1.9 ps，即使在30 s内获得的光子对的数量只有1440，由于所利用的符合测量系统的低采样率。该方案的实现证明了双向量子时钟同步方法的实用性，可推广到现场应用。
2021-12-24 quant-ph
Criticality-enhanced Electric Field Gradient Sensor with Single Trapped Ions
本研究提出一种基于单个囚禁离子的驱动耗散型量子电场梯度传感器，依托临界开放Rabi模型与共囚禁辅助离子的高效连续读出，实现超越标准量子极限的临界增强高精度传感，且对实验缺陷具鲁棒性。
2024-04-10 quant-ph
Protected state enhanced quantum metrology with interacting two-level ensembles
Ramsey干涉测量法通常用于量子精密测量中，用于光学时钟频率的最灵敏测量。电磁真空的自发衰减最终限制了询问时间，从而设定了最佳频率灵敏度的下限。在二能级系统的密集系综中，集体效应的存在，如超辐射和偶极-偶极相互作用，往往会进一步降低灵敏度。我们表明，通过重新设计的拉姆齐脉冲序列，包括不同的旋转的个人自旋，有效地折叠集体状态到一个国家接近中心的布洛赫球，部分保护集体退相干和退相是可能的。这使得显着改善的灵敏度限制的时钟跃迁检测方案在传统的拉姆齐方法的相互作用系统，甚至非相互作用的衰变原子。
2013-07-09 quant-ph
Low-frequency fiber-optic vibration sensing with a Floquet-engineered optical lattice clock
National Time Service Center, Chinese Academy of Sciences（中国科学院国家授时中心）；School of Physics, Northwest University（西北大学物理学院）；School of Astronomy and Space Science, University of Chinese Academy of Sciences（中国科学院大学天文与空间科学学院）
本文提出利用Floquet工程光学晶格钟提升低频光纤振动传感器性能，实现高于6×10^3 rad/g的相位灵敏度。
2026-01-21 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
Credible-interval-based adaptive Bayesian quantum frequency estimation for entanglement-enhanced atomic clocks
Sun Yat-Sen University (Zhuhai Campus)（中山大学（珠海校区））；Shenzhen University（深圳大学）；Quantum Science Center of Guangdong-Hong Kong-Macao Greater Bay Area (Guangdong)（粤港澳大湾区量子科学中心（广东））
本研究提出了一种基于可信区间的方法的自适应贝叶斯量子频率估计协议，用于增强纠缠的原子钟，实现了双海森堡极限精度扩展，同时扩展了动态范围并提高了稳定性。
2025-11-05 physics.atom-ph quant-ph
Space-time sensors using multiple-wave atom levitation
迄今为止，最好的时钟通过将样品捕获在光晶格中来控制原子运动，然后通过用频率受控的不同激光照射这些原子来询问原子跃迁。为了同时完成这两项任务，并与相同的激光场，我们建议，而不是使用悬浮的玻色-爱因斯坦凝聚体通过多波原子干涉。悬浮的凝聚物在动量上经历相干的局部化，在高度上经历受控的扩散。样品悬浮受用于频率或加速度测量的共振条件约束。所选择的垂直几何形状解决了在先前的光学时钟中也使用原子干涉的样品自由降落所施加的限制。这种配置产生多波干涉，使悬浮和提高测量灵敏度。这种装置类似于动量空间中的原子谐振器，是现有原子钟和重力仪的一种有吸引力的替代方案。
2009-09-22 cond-mat.other physics.atom-ph quant-ph
Snowmass 2021: Quantum Sensors for HEP Science -- Interferometers, Mechanics, Traps, and Clocks
各种各样的量子传感技术正在迅速地被整合到高能物理界的实验组合中。在这里，我们专注于用原子干涉仪进行传感;用光学或微波场读出的机械设备;原子，核和分子系统的精密光谱方法;以及捕获的原子和离子。我们给出了各种检测目标相关的粒子物理，这些系统是独一无二的准备作出贡献。这包括在精密前沿的实验，如电子偶极矩和电磁精细结构常数的测量，并在微米到毫米尺度上寻找第五种力和牛顿引力定律的修正。它还包括与宇宙前沿有关的实验，特别是对重力波和各种各样的暗物质候选者的研究，这些候选者跨越了重、WIMP尺度、轻和超轻质量范围。我们在这里强调，需要在传感器技术和集成到更广泛的粒子物理社区的更多的发展。
2022-09-14 hep-ex hep-ph physics.atom-ph
Quantum Lock-in Force Sensing using Optical Clock Doppler Velocimetry
力传感器是原子力显微镜或惯性传感\cite{RMPforce2003, Rugar2004, YazdiIEEE}等不同技术的核心。这些传感器通常依赖于在施加的力下机械振荡器的位移幅度的测量。这样的机械振荡器的例子包括微制造的杠杆\cite{YazdiIEEE}、碳纳米管\cite{NanotubeForce}以及单捕获离子\cite{Bollinger, Udem}。当力以振荡器的机械谐振频率交变时，通常实现最佳灵敏度，从而通过机械品质因数增加其响应。低于共振的低频力的测量是一项更困难的任务，因为产生的振荡幅度明显较低。在这里，我们使用单个捕获的$^{88}Sr^{+}$离子作为力传感器。离子被捕获在线性谐波阱中，并且以远低于阱共振频率的频率被电驱动。为了能够测量运动的小幅度，我们结合了两种强大的技术。力的大小由测量的原子光学钟跃迁的周期性多普勒频移确定，并且量子锁定技术用于相干地累积在不同的力半周期期间获得的相位。我们证明了力检测时的振荡力是相位同步的量子锁定序列，当它是异步和报告频率的力检测灵敏度低至$5.3\times10^{-19}\frac{\mathrm{N}}{\sqrt{\mathrm{Hz}}}$。
2016-02-27 physics.atom-ph quant-ph
Criticality-enhanced quantum sensor at finite temperature
传统的基于临界态的量子不确定性方案只能在零温度或很低的温度下工作，因为随着温度的升高，量子相变点附近的量子不确定性通常会被热涨落消除。这种超低温要求严重制约了量子临界计量学的发展。在本文中，我们提出了一个有限温度下的临界增强量子传感方案。在我们的方案中，一个量子比特被用作量子传感器，以估计在迪克模型，经历热力学相变感兴趣的参数。结果表明，Dicke模型的热力学临界性可以显著提高传感精度。丰富了量子临界计量学的范围，我们的发现提供了一种可能性，实现高灵敏度的量子传感没有冷却。
2021-10-15 quant-ph
Secure quantum-enhanced measurements on a network of sensors
针对传感器网络中安全性随节点数指数下降的问题，本文提出结合纠缠态与可分态的混合 SQRS 协议，使任意规模网络均可获得安全的量子增强测量。
2024-10-24 quant-ph
A Fiber-pigtailed Quantum Dot Device Generating Indistinguishable Photons at GHz Clock-rates
Technical University Berlin（柏林工业大学）；Wroclaw University of Science and Technology（弗罗茨瓦夫科技大学）；Institute of Semiconductors, Chinese Academy of Sciences（中国科学院半导体研究所）；University of Chinese Academy of Sciences（中国科学院大学）
该研究提出了一种基于混合圆形布拉格光栅微腔的光纤耦合量子点器件，实现了GHz时钟速率下单个不可区分光子的高效生成。
2026-02-10 quant-ph
Entropic costs of extracting classical ticks from a quantum clock
本研究基于双量子点构建量子时钟，首次探究微观时钟机构与宏观测量装置的熵产生相互作用，发现滴答放大测量的熵成本是量子尺度计时的核心热力学成本。
2025-11-16 cond-mat.mes-hall cond-mat.stat-mech 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
Atomic clock locking with Bayesian quantum parameter estimation: scheme and experiment
提出一种趋近海森堡标度的自适应贝叶斯量子频率估计协议，并在冷原子CPT钟中实现高精度稳健锁定，稳定度较PID提升5.1(4) dB。
2024-10-25 quant-ph
Optimizing quantum-enhanced Bayesian multiparameter estimation of phase and noise in practical sensors
Scuola Normale Superiore（高等师范学校）；Istituto Nanoscienze-CNR（意大利国家研究委员会纳米科学研究所）；Sapienza Università di Roma（罗马第一大学）；Universitá di Napoli “Federico II”（那不勒斯费德里科二世大学）；INFN, Sez. di Napoli（意大利国家核物理研究院那不勒斯分部）
本文提出了一种优化量子增强的贝叶斯多参数估计方法，用于提高实用传感器在噪声环境下的相位和噪声测量性能。
2024-06-21 quant-ph
Proposed rapid detection of nuclear spins with entanglement-enhanced sensors
最近，在金刚石中探测具有氮空位（NV）中心的核自旋方面取得了重大进展。然而，由于短程偶极-偶极相互作用的性质，需要很长时间才能用NV中心探测到遥远的核自旋。在这里，我们提出了一个快速检测核自旋与NV中心之间的纠缠。我们发现，所需的时间来检测与纠缠的核自旋是几个数量级短于可分离的NV中心。我们的研究结果为纳米核磁共振光谱学的新应用铺平了道路。
2021-05-07 quant-ph
Quantum Stopwatch: How To Store Time in a Quantum Memory
量子力学在时间测量的准确性和用作时钟的系统的大小之间强加了一个基本的权衡。当组合不同时间间隔的测量时，由于有限的时钟大小而导致的误差累积，导致随着设置的复杂性而增长的总体不准确性。在这里，我们介绍了一种方法，在原则上避免了积累的错误，相干传输信息从量子时钟的量子存储器的最小可能的大小。我们的方法可以用来测量一系列事件的总持续时间，提高精度，并减少量子网络中稳定时钟所需的量子通信量。
2019-01-26 quant-ph
On Searches for Gravitational Dark Matter with Quantum Sensors
用量子传感器寻找暗物质的可能性最近受到了很多关注。在这篇简短的论文中，我们讨论了用量子传感器寻找引力暗物质的可能性，并确定了未来量子传感器具有改进灵敏度的非常狭窄的机会窗口。质量在$[10^{-3}, 1] \, \text{eV}$范围内的引力暗物质候选者可能导致质子质量的有效时间变化，例如，未来的原子钟。
2019-07-12 hep-ph quant-ph
Synchronization and estimation of gravity-induced time difference for quantum clocks
最近有报道[ \textit{PNAS} \textbf{114}，2303（2017）]，在时间的操作定义下，量子钟将通过引力效应纠缠。在这里，我们研究另一种情况：时钟具有不同的质量和能隙，这将通过引力相互作用产生时间差。讨论了引力时间差的量子钟同步方案。我们说明了量子时钟同步方案中测量概率的稳定性是如何受到时钟本身引起的引力相互作用的影响。发现时钟同步的精度依赖于时钟的能隙，量子精密测量精度的提高实际上是纠缠产生的一个指标。我们还提出了时间差的量子增强估计，发现量子费舍尔信息对时钟之间的距离非常敏感。
2019-11-13 gr-qc quant-ph
Comment on ''Quantum sensor networks as exotic field telescopes for multi-messenger astronomy''
本文指出Dailey等人的工作忽略了普通物质对二次相互作用标量波的反作用，考虑该效应会导致标量波在地球表面被强烈屏蔽并延缓其在星际介质中的传播，从而使时钟网络探测失效并阻碍多信使天文学。
2021-12-17 astro-ph.IM gr-qc hep-ph
Report of the Topical Group on Quantum Sensors for Snowmass 2021
量子传感器在高能物理实验中提供增强的灵敏度方面具有巨大的潜力。在这份报告中，我们提供了一个关键的量子传感器技术的总结-干涉仪，光机和时钟;自旋相关传感器;超导传感器;和量子量热仪-突出现有的实验以及发展领域。我们还提供了一组关键信息，旨在进一步推进用于高能物理特定应用的量子传感器的状态。
2022-09-20 hep-ex physics.ins-det quant-ph
An Optical Lattice Clock with Accuracy and Stability at the $10^{-18}$ Level
对单个粒子的量子态的精细控制已经彻底改变了精确测量领域，例如在单个捕获离子中实现的最精确的原子钟。虽然多原子晶格钟在测量精度上比捕获离子钟有优势，但它们的精度仍然要差20倍。在这里，我们第一次证明，多原子系统实现的精度（6 × 10 ^{-18}）优于单离子时钟，平均时间大大减少（3000 s）。这是第一次一个时钟在作为一级标准所需的所有三个关键因素（稳定性、再现性和准确性）中实现最佳性能。这项工作为未来的实验铺平了道路，将多体量子态工程融入量子精密测量的前沿，创造了令人兴奋的机会，将精度提高到标准量子极限之外。改进的频率标准将影响到广泛的领域，从SI单位的实现，量子传感器的发展，到自然基本定律的精确测试。
2013-12-05 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
Quantum-enhanced data classification with a variational entangled sensor network
变分量子线路（VQC）建立在噪声中间尺度量子（NISQ）硬件上，结合经典处理，构成了量子模拟、经典优化和机器学习的一种有前途的体系结构。然而，所需的VQC深度，以证明一个量子优势超过经典的计划是超出了现有的NISQ设备的范围。由纠缠传感器网络（SLAEN）辅助的监督学习是一种独特的范例，它利用经典机器学习算法训练的VQC来定制传感器共享的多体纠缠，以解决实际有用的数据处理问题。在这里，我们报告了SLAEN的第一个实验演示，并显示了一个纠缠启用减少多维射频信号分类的错误概率。我们的工作为NISQ时代的量子增强数据处理及其应用开辟了一条新的途径。
2021-05-18 physics.optics quant-ph
Collinear Three-Photon Excitation of a Strongly Forbidden Optical Clock Transition
本文针对玻色子锶同位素中强禁戒的${{^1\rm{S}_0}\text{-}{^3\rm{P}_0}}$钟跃迁，提出弱磁场下共线三光子激发方法，实现相干激发并观测到高频率拉比振荡，为降低原子钟系统误差及下一代量子传感器应用奠定基础。
2025-08-25 physics.atom-ph quant-ph
Generalized hyper-Ramsey-Bordé matter-wave interferometry: quantum engineering of robust atomic sensors with composite pulses
使用超窄光跃迁的一类新的原子干涉将量子工程控制推向非常高的精度水平，用于下一代传感器和量子门操作。在这种背景下，我们提出了一种新的量子工程方法的Ramsey-Bordé干涉引入多个复合激光脉冲与定制的脉冲宽度，拉比场振幅，频率失谐和激光相位阶跃。我们探索量子精密测量与超拉姆齐和超哈恩-拉姆齐时钟低于$10^-18$水平的分数精度的光激发参数的微调控制，导致旋量干扰保护免受光移耦合到激光探测场的变化。我们审查合作的复合脉冲协议，以产生强大的拉姆齐-Bordé，马赫-曾德尔和双回路原子传感器屏蔽测量失真相关的多普勒频移和光频移耦合脉冲面积误差。引入容错自动平衡超干涉仪，消除了在整个探测询问协议期间可能发生的几种技术激光脉冲缺陷。具有复合脉冲和超冷原子源的量子传感器应该在检测加速度和旋转引起的相移方面提供新的高精度水平，这是对超时钟基础物理测试的重大改进，同时为原子干涉仪以非常高的灵敏度跟踪时空引力波的新概念铺平了道路。
2022-03-02 physics.atom-ph quant-ph
Ultralight dark matter detection with mechanical quantum sensors
我们考虑使用量子限制的机械力传感器来检测超轻（亚毫电子伏）的暗物质候选人是弱耦合到标准模型。我们表明，机械传感器与周围或低于毫克规模的质量，围绕标准量子极限操作，将使新的搜索暗物质的固有频率周围的kHz规模。这将补充现有的基于扭秤、原子干涉仪和原子钟系统的战略。
2021-03-10 hep-ex hep-ph quant-ph
Many-body gap protection of motional dephasing of an optical clock transition
针对光场动量引发的多普勒退相限制相干时间的问题，在锶光钟跃迁中利用高精细度光环腔的原子相互作用产生多体能隙，成功抑制了运动退相，为光量子传感器与模拟提供了新方法。
2024-09-24 physics.atom-ph quant-ph
Collective cavity quantum electrodynamics in solid-state optical clocks
Institute of Science and Technology Austria（奥地利科学技术研究所）；Technische Universität Wien（维也纳工业大学）；Wolfgang Pauli Institute（沃尔夫冈·泡利研究所）
针对固态频率标准受退相干限制的问题，提出三种腔QED增强询问方案，利用钍核集体耦合实现快速探测，并揭示集体协同性对频率不稳定性的关键作用及最优运行条件。
2026-09-22 nucl-th physics.optics quant-ph
Enhancing optical lattice clock coherence times with erasure conversion
本文提出用于⁸⁷Sr光晶格钟的超精细分辨读出技术，将拉曼散射和辐射衰变导致的误差转换为擦除误差，在Ramsey和自旋回波序列下分别实现超过100秒和150秒的原子相干时间。
2025-10-21 physics.atom-ph quant-ph
Quantum-Enhanced Plasmonic Sensing
量子资源可以提高设备的灵敏度，使其超过经典散粒噪声极限，因此，通过开发量子增强传感器，彻底改变了计量领域。特别地，广泛用于生物和化学传感应用的等离子体传感器提供了将这种增强带到现实生活设备的独特机会。在这里，我们使用明亮的纠缠双光束来提高用于测量局部折射率变化的等离子体传感器的灵敏度。我们证明了最先进的等离子体传感器的灵敏度的56%的量子增强，测量的灵敏度在$10^{-10}$ RIU $/\sqrt{\textrm{Hz}}$的数量级上，比量子增强等离子体传感器的先前的原理验证实施方式好近5个数量级。这些结果有望显着增强超痕量标记自由等离子体传感，并将找到他们的方式进入从生物医学应用到化学检测等领域。
2018-02-01 physics.optics quant-ph
Giant-cavity-based quantum sensors with enhanced performance
最近的进展表明，具有多个位置依赖耦合的量子系统，例如，巨原子可以表现出非指数衰减等非常规现象，但其潜在的应用仍是一个未知数。在本文中，我们首次提出了一种基于巨腔的量子传感器，其性能可以大大提高相比，传统的基于腔的传感器。在我们的方案中，两个腔在多点耦合到耗散库，而它们以单点方式耦合到增益库。为了利用该传感器检测未知参数，将波导耦合到其中一个腔，检测场可以通过该腔进行零差检测。我们发现，多个位置相关的耦合可以诱导腔之间的固有的非互易耦合，这可以提高传感器的性能。我们方案中的输出噪声可以降低到散粒噪声水平，这比参考文献[Nature Communications，2018，9，4320.]中的结果低约一个数量级。此外，每个光子的信噪比也提高了约一个数量级。这些结果表明，多点耦合结构是有益的，现在的量子器件。
2022-04-05 physics.optics quant-ph
Entanglement-enhanced optomechanical sensor array for dark matter searches
本研究针对暗物质探测难题，提出纠缠增强光机械传感系统，采用集成灵敏度评估性能，通过相干操控传感器阵列与利用光场连续变量多体纠缠，实现阵列相对独立传感器的标度优势与性能提升，且对机械传感器不均匀性鲁棒、可借助现有实验组件实现。
2022-12-07 hep-ph quant-ph
Quantum Time Crystal Clock and its Performance
The Abdus Salam International Center for Theoretical Physics（阿卜杜斯·萨拉姆国际理论物理中心）；Atominstitut, Technische Universität Wien（维也纳工业大学原子研究所）；Institute for Quantum Optics and Quantum Information - IQOQI Vienna, Austrian Academy of Sciences（奥地利科学院维也纳量子光学与量子信息研究所）；Dipartimento di Fisica, Università di Napoli Federico II（那不勒斯费德里科二世大学物理系）；Institute for Cross-Disciplinary Physics and Complex Systems (IFISC), UIB-CSIC（巴利阿里群岛-西班牙国家科研委员会跨学科物理与复杂系统研究所）
本文探讨了时间晶体作为量子钟的可行性及其热力学性能，发现自发打破时间平移对称性可提升其性能。
2026-01-29 cond-mat.other cond-mat.stat-mech quant-ph
