原子系统中对量子状态的控制导致了迄今为止最精确的光原子时钟1,2,3。它们的敏感性目前由标准量子极限界定，标准量子极限是由量子力学设置的基本地板，用于不相关的颗粒，但它可以（不止）在用纠缠颗粒操作时可以克服。然而，在现实世界传感器中证明量子优势是极具挑战性的。在这里，我们说明了使用高达51个离子的1D链与相互作用的相互作用衰减的幂律函数，以在光学过渡中利用大规模纠缠的途径。我们表明，我们的传感器可以模仿单轴扭动（OAT）模型的许多特征，这是一种标志性的，完全连接的模型，已知可产生可伸缩的Squeezing4和Greenberger-Horne-Horne-Zeilinger-Zeilinger样状态5,6,7,8。The collective nature of the state manifests itself in the preservation of the total transverse magnetization, the reduced growth of the structure factor, that is, spin-wave excitations (SWE), at finite momenta, the generation of spin squeezing comparable with OAT (a Wineland parameter9,10 of −3.9 ± 0.3 dB for only N = 12 ions) and the development of non-Gaussian states in the form of multi-headed cat states in theq分布。我们在拉姆西型干涉仪中证明了状态的计量效用，在该干涉仪中，我们将测量不确定性降低了-3.2±0.5 dB以下，低于n = 51离子的标准量子限制。