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首次實(shí)現(xiàn)基于里德堡原子臨界增強(qiáng)的高靈敏微波傳感
2022年10月19日 10:21:44
來源：化工儀器網(wǎng) 作者：羊舌木 點(diǎn)擊量：4431
近日，研究團(tuán)隊(duì)在精密測量上取得新進(jìn)展——首次實(shí)現(xiàn)基于里德堡原子臨界增強(qiáng)的高靈敏微波傳感。基于室溫銣原子體系，研究團(tuán)隊(duì)利用多體系統(tǒng)相變點(diǎn)對(duì)于微波擾動(dòng)更加敏感的特點(diǎn)，顯著提高了測量微波的精度和靈敏度。
【化工儀器網(wǎng) 項(xiàng)目成果】發(fā)展現(xiàn)代化先進(jìn)量子測量體系具有重要的研究意義。《“十四五”市場監(jiān)管現(xiàn)代化規(guī)劃》中提出，加強(qiáng)以量子計(jì)量為核心的先進(jìn)測量體系建設(shè)，加快建立新一代國家計(jì)量基準(zhǔn)，推進(jìn)社會(huì)公用計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)升級(jí)換代，制定一批關(guān)系國計(jì)民生的重要計(jì)量技術(shù)規(guī)范。《計(jì)量發(fā)展規(guī)劃(2021—2035年)》中也明確，我國要建成以量子計(jì)量為核心、科技水平一流、符合時(shí)代發(fā)展需求和國際化發(fā)展潮流的國家現(xiàn)代先進(jìn)測量體系。
里德堡原子并非是某個(gè)特定的元素對(duì)應(yīng)的原子，而是一類激發(fā)態(tài)的原子，原子外層有一堆的電子，電子具有一定的能級(jí)結(jié)構(gòu)。于里德堡原子可以對(duì)微弱電場產(chǎn)生很強(qiáng)的響應(yīng)，因此已經(jīng)成為一個(gè)非常有前景的微波測量量子體系。除此之外，里德堡原子之間具有長程強(qiáng)相互作用，常被用于模擬研究強(qiáng)關(guān)聯(lián)系統(tǒng)。強(qiáng)關(guān)聯(lián)系統(tǒng)在臨界點(diǎn)附近對(duì)外界擾動(dòng)更加敏感，可以被應(yīng)用于量子精密測量領(lǐng)域。
然而盡管現(xiàn)在已有大量理論報(bào)道利用強(qiáng)關(guān)聯(lián)系統(tǒng)的臨界狀態(tài)去做量子傳感，但在實(shí)驗(yàn)上一直未能成功實(shí)現(xiàn)。其中主要原因包括多體系統(tǒng)相變過程制備難、臨界點(diǎn)的外場調(diào)控技術(shù)欠缺等。
近年來，中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)郭光燦院士團(tuán)隊(duì)中史保森教授、丁冬生教授課題組與丹麥奧爾胡斯大學(xué)Klaus M?lmer教授和英國杜倫大學(xué)Charles S. Adams教授合作，利用里德堡原子體系，聚焦量子模擬和量子精密測量科學(xué)研究，已取得了重要進(jìn)展。
近日，研究團(tuán)隊(duì)在精密測量上取得新進(jìn)展——首次實(shí)現(xiàn)基于里德堡原子臨界增強(qiáng)的高靈敏微波傳感。基于室溫銣原子體系，研究團(tuán)隊(duì)利用多體系統(tǒng)相變點(diǎn)對(duì)于微波擾動(dòng)更加敏感的特點(diǎn)，顯著提高了測量微波的精度和靈敏度。
他們?cè)趯?shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，多體系統(tǒng)中的原子透射譜線在相變點(diǎn)附近變得更加陡峭，這相當(dāng)于一把頻域上刻度更細(xì)的尺子，因此對(duì)于微波測量具有更高的精度。其中，實(shí)驗(yàn)關(guān)鍵量之一的費(fèi)希爾信息(Fisher information)提高了三個(gè)數(shù)量級(jí)。對(duì)應(yīng)于測量精度提升至少一個(gè)量級(jí)，并且隨測量時(shí)間的增加而增加，呈現(xiàn)指數(shù)增長的趨勢(shì)。
該項(xiàng)實(shí)驗(yàn)有著相當(dāng)?shù)拈_創(chuàng)性，具有重大的潛在印象，為開發(fā)基于強(qiáng)相互作用多體系統(tǒng)的新一代量子傳感器打開了大門。49納伏每厘米每根號(hào)赫茲的靈敏度很好地表明了該方法在計(jì)量方面的潛在應(yīng)用。該研究成果17日發(fā)表在國際知名學(xué)術(shù)期刊《自然—物理》(Nature Physics)上。
(資料來源：中國新聞網(wǎng))
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