Esperimenti

Metrologia quantistica

I progressi nel campo della fisica sono spesso motivati / accompagnati da progressi nella capacita’ di effettuare misure di precisione. L’attuale generazione di interferometri atomici e ottici è limitata dal rumore shot, un limite fondamentale quando si stima una sfasamento interferometrico usando luce classica o atomi non correlati. Negli ultimi anni è stato chiarito che la creazione di speciali correlazioni quantistiche fra particelle, indicate come entanglement utile, può fortemente migliorare la sensibilità interferometrica [ 1 ] . Recenti esperimenti hanno dimostrato i principi fondamentali [ 2,3,4 ] di questo concetto. Il focus della nostra attività di ricerca è quello di trovare le configurazioni interferometriche nuove e /o ingegnerizzare nuovi stati entangled 5 ],robusti a sorgenti di rumore, con il fine ultimo di superare il rumore shot in interferometri atomici e ottici . In particolare, studiamo la creazione di stati entangled in condensati di Bose – Einstein . La loro grande e controllabile linearità – derivante da interazioni atomo-atomo – consente di ingegnerizzare una grande varietà di stati entangled di molte particelle. Inoltre , gli atomi possono essere intrappolati , controllati , e contati . Possono accoppiarsi fortemente a forze esterne , il che rende atomi candidati ideali per sensori ultra – precisi . Tutti questi fattori rendono particolarmente interessante la generazione di stati atomici non classici progettati per la stima in fase di orologi atomici e interferometri atomo . Nella nostra teoria , un ruolo fondamentale è giocato dall’informazioni di Fisher, una quantitata’ che è stato recentemente misurata sperimentalmente con condensati di Bose – Einstein [ 4 ] ed è strettamente legata all’entanglement utile in interferometri [ 1,6 ] . Infine , vale la pena sottolineare che interferometri quantistici sono un toolbox affascinante per investigare problemi fondamentali della meccanica quantistica .
[1] L. Pezze’ and A. Smerzi, “Entanglement, Non-linear Dynamics and Heisenberg Limit”. Phys. Rev. Lett. 102, 100401 (2009)
[2] B. Lucke, M. Scherer, J. Kruse, L. Pezze’, F. Deuretzbacher, P. Hyllus, O. Topic, J. Peise, W. Ertmer, J. Arlt, L. Santos, A. Smerzi and C. Klempt “Twin Matter Waves for Interferometry Beyond the Classical Limit”. Science 334, 773 (2011)
[3] R. Krischek, C. Schwemmer, W. Wieczorek, H. Weinfurter, P. Hyllus, L. Pezze’ and A. Smerzi, “Useful Multiparticle Entanglement and Sub-Shot-Noise Sensitivity in Experimental Phase Estimation”. Phys. Rev. Lett. 107, 080504 (2011)
[4] H. Strobel, W. Muessel, D. Linnemann, T. Zibold, D. B. Hume, L. Pezze’, A. Smerzi, M. K. Oberthaler, “Fisher information and entanglement of non- Gaussian spin states”. Science 345, 424 (2014)
[5] L. Pezze’ and A. Smerzi, “Ultrasensitive Two-Mode Interferometry with Single-Mode Number Squeezing”. Phys. Rev. Lett. 110, 163604 (2013)
[6] P. Hyllus, W. Laskowski, R. Krischek, C. Schwemmer, W. Wieczorek, W Witlef, H. Weinfurter, L. Pezze’ and A. Smerzi, “Fisher information and multiparticle entanglement”. Phys. Rev. A 85, 022321 (2012)

Sensibilita’ in fase (normalizzata allo shot noise) in funzione dello shift di fase, ottenuta con un condensato di Bose-Einstein [2]. La linea arancione, che raggiunge valori minori di uno, segnala entanglement tra particelle nel condensato [1].