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首次實現(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 點擊量：4467
近日，研究團(tuán)隊在精密測量上取得新進(jìn)展——首次實現(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)隊利用多體系統(tǒng)相變點對于微波擾動更加敏感的特點，顯著提高了測量微波的精度和靈敏度。
【化工儀器網(wǎng) 項目成果】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?！?ldquo;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量基準(zhǔn)，推進(jìn)社會公用計量標(biāo)準(zhǔn)升級換代，制定一批關(guān)系國計民生的重要計量技術(shù)規(guī)范?！队嬃堪l(fā)展規(guī)劃(2021—2035年)》中也明確，我國要建成以量子計量為核心、科技水平一流、符合時代發(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特定的元素對應(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結(jié)構(gòu)。于里德堡原子可以對微弱電場產(chǎn)生很強(qiáng)的響應(yīng)，因此已經(jīng)成為一個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)在臨界點附近對外界擾動更加敏感，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，但在實驗上一直未能成功實現(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)隊在精密測量上取得新進(jìn)展——首次實現(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)隊利用多體系統(tǒng)相變點對于微波擾動更加敏感的特點，顯著提高了測量微波的精度和靈敏度。
他們在實驗中發(fā)現(xiàn)，多體系統(tǒng)中的原子透射譜線在相變點附近變得更加陡峭，這相當(dāng)于一把頻域上刻度更細(xì)的尺子，因此對于微波測量具有更高的精度。其中，實驗關(guān)鍵量之一的費希爾信息(Fisher information)提高了三個數(shù)量級。對應(yīng)于測量精度提升至少一個量級，并且隨測量時間的增加而增加，呈現(xiàn)指數(shù)增長的趨勢。
該項實驗有著相當(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納伏每厘米每根號赫茲的靈敏度很好地表明了該方法在計量方面的潛在應(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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