中国科学院国家授时中心与北京大学联合团队研究了利用自旋压缩态突破光晶格钟同步比对的量子极限。

光晶格钟是世界上精度最高、稳定性最好的原子钟。两台晶格钟之间的同步比对已经达到了标准量子极限（见图1）。进一步突破此极限需要利用自旋压缩来抑制投影检测的量子噪声。

图1.在不同极限（标准量子极限SQL，自旋压缩态SSS，海森堡极限）下，相位检测灵敏度与原子数之间的关系。

在目前的实验条件下，包括光频移，原子间碰撞，以及本地振荡器的噪声，研究团队在理论上评估了自旋压缩增强的浅晶格镱光钟。数值模拟表明处于自旋压缩态的两个镱光钟之间的同步比对秒级频率稳定度可以达到10^-19量级（见图2）。自旋压缩增强因子约为0.027，对应于测量积分时间缩短37倍，主要受到原子碰撞所引起的自旋压缩退化的限制。

图2.数值模拟光钟同步比对的稳定度。

研究成果以《Spin-squeezing-enhanced optical lattice clocks with 10⁻¹⁹-level differential frequency stability at the averaging time of 1s》为题发表在国际权威期刊Physical Review A。