Реализация GHZ-состояний на цепочке ультрахолодных ионов Yb+ для стандартов частоты
А. Корольков1,2, А. Борисенко1,2, И. Заливако1,2, И. Семериков1,2, К. Хабарова1,2, Н. Колачевский1,2
1 ФИАН, г. Москва, Россия
2 Российский Квантовый Центр, г. Москва, Россия
Относительная стабильность — одна из основных характеристик стандартов частоты, определяющая их применимость в различных областях науки и техники. Стандарты частоты с высокой стабильностью позволяют осуществлять поиск отклонений от предсказаний фундаментальных теорий, таких как теория относительности или квантовая электродинамика, а также обеспечивают функционирование спутниковых систем навигации. Оптические стандарты частоты на основе ионов в ловушках отличаются высокой точностью, однако уступают, например, системам на основе нейтральных атомов в стабильности, так как обычно задействуют лишь один ион во избежание возмущения их энергетических уровней из-за кулоновского взаимодействия частиц друг с другом. В последние годы развитие данной области привело к созданию систем на основе ионных ансамблей [1], что открывает путь к существенному увеличению стабильности таких стандартов. Особенный интерес вызывает возможность преодоления стандартного квантового предела шумов, ограничивающего стабильность стандартов частоты, за счет создания квантовой запутанности между частицами в ансамбле [2–3].
В данном докладе будут представлены результаты по созданию полностью перепутанного состояния Гринбергера-Хорна-Цайлингера (GHZ) на ансамбле из 2–8 ионов 171Yb+ в цепочке из 10 ионов (на рис. 1 показаны результаты измерения четности в зависимости от фазы анализирующего импульса и населенностей в полученных состояниях). Данные состояния обладают кратно большей чувствительностью к отклонению фазы часового лазера от частоты опорного перехода в ионе по сравнению с одиночной частицей, что является важным шагом к реализации многоионных оптических часов, работающих в режиме стабильности за пределами стандартного квантового предела.
Рисунок 1.
Литература
1) Hausser H., Keller J., Nordmann T., et al. 115In+ -172Yb+ Coulomb Crystal Clock with 2.5×10-18 Systematic Uncertainty // Physical Review Letters. 2025. Vol. 134. no. 2. P. 023201.
2) Leibfried D. Barrett M., Schaetz T., et al. Toward Heisenberg-limited spectroscopy with multiparticle entangled states // Science. 2004. Vol. 304, no. 5676. P. 1476–1478.
3) Kielinski T., Schmidt P. O., Hammerer K. GHZ protocols enhance frequency metrology despite spontaneous decay // Science Advances. 2024. Vol. 10, no. 43. С. 1439.