Spin squeezing scalabile in un array di atomi Rydberg dipolare

Natura (2023) Cita questo articolo

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Il limite quantistico standard limita la precisione delle misurazioni che possono essere ottenute da insiemi di particelle non correlate. Fondamentalmente, questo limite deriva dalla natura non commutativa della meccanica quantistica, che porta alla presenza di fluttuazioni spesso definite rumore di proiezione quantistica. La metrologia quantistica si basa sull'uso di stati non classici di sistemi a molti corpi per migliorare la precisione delle misurazioni oltre il limite quantistico standard1,2. Per fare ciò, è possibile rimodellare il rumore della proiezione quantistica, una strategia nota come squeezing3,4. Nel contesto dei sistemi di spin a molti corpi, si utilizzano tipicamente le interazioni tutto-a-tutto (ad esempio, il modello di torsione ad un asse4) tra i costituenti per generare l'entanglement strutturato caratteristico dello spin squeezing5. Qui esploriamo la previsione, motivata da recenti lavori teorici6,7,8,9,10, secondo cui le interazioni a corto raggio - e in particolare il modello XY dipolare bidimensionale - possono anche consentire la realizzazione di spin squeezing scalabile. Lavorando con un simulatore quantistico Rydberg dipolare fino a N = 100 atomi, dimostriamo che la dinamica di quench da uno stato iniziale polarizzato porta a una compressione dello spin che migliora con l'aumento delle dimensioni del sistema fino a un massimo di −3,5 ± 0,3 dB (prima della correzione per il rilevamento errori, o circa −5 ± 0,3 dB dopo la correzione). Infine, presentiamo due perfezionamenti indipendenti: in primo luogo, l'utilizzo di un protocollo di spin-squeezing multistep ci consente di migliorare ulteriormente la compressione di circa 1 dB, e in secondo luogo, sfruttando l'ingegneria Floquet per realizzare le interazioni di Heisenberg, dimostriamo la capacità di prolungare la durata del stato compresso congelandone la dinamica.

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