长寿命薛定谔猫态达到海森堡极限灵敏度

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中国科学技术大学陆正天教授、夏天研究员团队利用光学捕获的冷原子实现了具有分钟级寿命的薛定谔猫态，大大提高了量子计量测量的灵敏度。相关研究发表在《自然光子学》上。
在量子计量学中，粒子自旋不仅是测量磁场、惯性和各种物理现象的有力探针，而且还具有探索标准模型之外的新物理学的潜力。高自旋薛定谔猫态是两个方向相反、相距最远的自旋态的叠加，为自旋测量提供了显著的优势。
一方面，较高的自旋量子数可以放大进动频率信号；另一方面，猫态对一些环境干扰不敏感，可以抑制测量噪声。然而，在实验中应用猫态的一大技术挑战是如何保持足够长的相干时间。
为了解决这一难题，研究团队首先将173个自旋为5/2的Yb原子囚禁在光学晶格中，通过控制激光脉冲使原子基态发生非线性光移，成功制备出由+5/2和-5/2两个自旋投影组成的叠加态。
这种状态称为薛定谔猫态，具有增强的磁场敏感性，并且在光学晶格中经历相同的光移，位于无退相干的子空间内。因此，它不受强度噪声和晶格空间变化的影响。
实验结果表明，该猫态的相干时间超过20分钟，研究人员利用拉姆齐干涉技术，证实了相位测量灵敏度接近海森堡极限。
这种长寿命的薛定谔猫态为原子磁力仪、量子计算和探索标准模型以外的新物理铺平了新道路。