Державний кіт Шредінгер-Кат досягає обмеженої чутливості Гейзенберга

Команда під керівництвом професора Лу Чжентіана та дослідника Ся Тіан з Університету науки і технологій Китаю (USTC) реалізувала державу Шредінгер-Кет з хвилинним масштабом, використовуючи оптично захоплені атомами, що значно підвищує чутливість квантових вимірювань метрології. Дослідження було опубліковано в Природні фотоніки.

У квантової метрології спін -частинки служить не лише потужним зондом для вимірювання магнітних полів, інерції та різноманітних фізичних явищ, але й має потенціал для вивчення нової фізики за межами стандартної моделі. Швидкий стан Шредінгер-Кет, суперпозиція двох протилежно спрямованих та найдальших віджимальних станів, пропонує значні переваги для вимірювань спіну.

З одного боку, висока квантова число спіну підсилює сигнал частоти прецесії. З іншого боку, стани котів нечутливі до деяких екологічних перешкод, тим самим пригнічуючи вимірювальний шум. Однак одним з основних технічних проблем у застосуванні держав котів в експериментах є те, як підтримувати достатньо тривалий час узгодженості.

Щоб вирішити цю проблему, дослідницька група вперше потрапила ¹⁷³Атоми YB з віджимом 5/2 в оптичній решітці. Контролюючи лазерні імпульси, щоб викликати нелінійні зміщення світла в землі стану атомів, вони успішно готують стан суперпозиції, що складається з двох спінових проекцій, +5/2 та -5/2.

Цей стан, а саме стан Шредінгера-кота, виявляє підвищену чутливість до магнітного поля та переживає однакові зміщення світла в оптичній решітці, що проживає в підпросторі, що не містить декогерентності. Тому він не застрахований від шуму інтенсивності та просторових варіацій решітки.

Експериментальні результати показали, що час узгодженості цього стану кота перевищував 20 хвилин. Використовуючи інтерферометрію Рамзі, дослідники підтвердили, що чутливість до вимірювання фази наближалася до межі Гейзенберга.

Цей довгоживучий стан Schrödinger-Cat прокладає новий спосіб атомної магнітометрії, квантових обчислень та вивчення нової фізики поза стандартною моделлю.