ボース凝縮体を用いた連続的量子非破壊測定の研究

利用玻色凝聚进行连续量子无损测量的研究

基本信息

批准号：
22K03496
负责人：
柴田康介
金额：
$ 2.66万
依托单位：
Gakushuin University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
财政年份：
2022
资助国家：
日本
起止时间：
2022-04-01 至 2025-03-31
项目状态：
未结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-22K03496/
关键词：
量子気体量子非破壊測定冷却気体

项目摘要

量子力学における測定の重要性は、量子情報処理、量子計測などの多岐にわたる。その中で、量子非破壊測定を用いた物理量の連続測定は、量子力学の基礎の検証という学術的意義に加え、古典限界を上回る計測を達成しうる手段としても注目される。これまで、単一の量子系の量子非破壊的連続観測が実証されてきている。本研究では、従来の研究の枠を超えて、量子非破壊的な連続観測を複数の物理量について行う。具体的には、中性ルビジウム原子のボース・アインシュタイン凝縮体(BEC)の集団スピンを複数の地点について連続的にプローブし、系のダイナミクスや量子相関（スピンスクイージング）について研究することを目指している。今年度は、アルカリ原子の量子非破壊測定を妨げる要因となる要素の検討を主に行った。まず、プローブ光による原子のスピン状態の変化の影響を減らすため、実験ごとのプローブパルス強度を安定化させる技術を開発した。また、プローブ進行方向の磁場にともなうスピンの向きの変化に起因する古典的な雑音が、長期的な測定を行った場合に、量子雑音に比べ無視できないことに気づいた。バイアス磁場を増強することでスピンの向きの変化を低減するとともに、原子セル付近の磁場の安定化に適した小型の磁場センサを導入し、その性能評価を行った。さらに、部分的な原子集団を用いた場合にも量子非破壊測定の条件が十分に満たせるように原子集団形状を変更するための、光強度整形技術を開発した。

量子力学中测量的重要性涉及广泛的领域，包括量子信息处理和量子测量。其中，利用量子无损测量对物理量进行连续测量引起了人们的关注，不仅因为它在验证量子力学基础方面具有学术意义，而且作为实现超越经典极限的测量的手段。到目前为止，对单量子系统的非量子破坏性连续观测已经被证明。在这项研究中，我们将超越常规研究的框架，对多个物理量进行连续的非量子破坏性观测。具体来说，我们的目标是在多个点上持续探测中性铷原子的玻色-爱因斯坦凝聚体（BEC）的集体自旋，并研究系统的动力学和量子相关性（自旋挤压）。今年，我们主要研究阻碍碱原子无损量子测量的因素。首先，为了减少探测光引起的原子自旋态变化的影响，我们开发了一种稳定每个实验的探测脉冲强度的技术。他们还意识到，在进行长期测量时，与量子噪声相比，由于探针行进方向的磁场导致自旋方向变化而引起的经典噪声不能被忽略。除了通过增加偏置磁场来减少自旋方向的变化之外，我们还引入了一种适合稳定原子室附近磁场的小型磁场传感器，并评估了其性能。此外，我们开发了一种光强整形技术来改变原子布居的形状，使得即使使用部分原子布居也能完全满足量子无损测量的条件。