Scaling laws for the sensitivity enhancement of non-Gaussian spin states

Lois d’échelle pour l’augmentation de la sensibilité des états de spin non gaussiens

Y Baamara (1) , A Sinatra (1) , M Gessner (1)

1 LKB (Lhomond) - Laboratoire Kastler Brossel

We identify the large-N scaling of the metrological quantum gain offered by over-squeezed spin states that are accessible by one-axis-twisting, as a function of the preparation time. We further determine how the scaling is modified by relevant decoherence processes and predict a discontinuous change of the quantum gain at a critical preparation time that depends on the noise. Our analytical results provide recipes for optimal and feasible implementations of quantum enhancements with non-Gaussian spin states in existing experiments, well beyond the reach of spin squeezing.

Nous identifions les lois d'échelle du gain quantique métrologique offert par les états de spin surcomprimés qui sont accessibles par torsion à un axe (one-axis-twisting), en fonction du temps de préparation. Nous déterminons en outre comment les lois d'échelle sont modifiées par les processus de décohérence pertinents et prédisons un changement discontinu du gain quantique à un temps de préparation critique qui dépend du bruit. Nos résultats analytiques permettent l'optimisation du gain quantiques avec des états de spin non gaussiens dans les expériences existantes, bien au delà de la compression de spin.

Domaines: Physique Quantique [quant-ph]; Gaz Quantiques [cond-mat.quant-gas]

Y Baamara, A Sinatra, M Gessner. Scaling laws for the sensitivity enhancement of non-Gaussian spin states. Physical Review Letters, 2021, 127 (16), pp.160501. ⟨10.1103/PhysRevLett.127.160501⟩. ⟨hal-03463943⟩