首次实现基于里德堡原子临界增强的高灵敏微波传感

2022-10-28 15:37:31  信息编号：K225796  浏览次数：169

发展现代化先进量子测量体系具有重要的研究意义。

《“十四五市场监管现代化规划》中提出，加强以量子计量为核心的先进测量体系建设，加快建立新一代国家计量基准，推进社会公用计量标准升级换代，制定一批关系国计民生的重要计量技术规范。

《计量发展规划(2021—2035年)》中也明确，我国要建成以量子计量为核心、科技水平一流、符合时代发展需求和国际化发展潮流的国家现代先进测量体系。

里德堡原子并非是某个特定的元素对应的原子，而是一类激发态的原子，原子外层有一堆的电子，电子具有一定的能级结构。

于里德堡原子可以对微弱电场产生很强的响应，因此已经成为一个非常有前景的微波测量量子体系。

除此之外，里德堡原子之间具有长程强相互作用，常被用于模拟研究强关联系统。

强关联系统在临界点附近对外界扰动更加敏感，可以被应用于量子精密测量领域。

然而尽管现在已有大量理论报道利用强关联系统的临界状态去做量子传感，但在实验上一直未能成功实现。

其中主要原因包括多体系统相变过程制备难、临界点的外场调控技术欠缺等。

近年来，中国科学技术大学郭光灿院士团队中史保森教授、丁冬生教授课题组与丹麦奥尔胡斯大学Klaus M?lmer教授和英国杜伦大学Charles S. Adams教授合作，利用里德堡原子体系，聚焦量子模拟和量子精密测量科学研究，已取得了重要进展。

近日，研究团队在精密测量上取得新进展——首次实现基于里德堡原子临界增强的高灵敏微波传感。

基于室温铷原子体系，研究团队利用多体系统相变点对于微波扰动更加敏感的特点，显著提高了测量微波的精度和灵敏度。

他们在实验中发现，多体系统中的原子透射谱线在相变点附近变得更加陡峭，这相当于一把频域上刻度更细的尺子，因此对于微波测量具有更高的精度。

其中，实验关键量之一的费希尔信息(Fisher information)提高了三个数量级。

对应于测量精度提升至少一个量级，并且随测量时间的增加而增加，呈现指数增长的趋势。

该项实验有着相当的开创性，具有重大的潜在印象，为开发基于强相互作用多体系统的新一代量子传感器打开了大门。

49纳伏每厘米每根号赫兹的灵敏度很好地表明了该方法在计量方面的潜在应用。

该研究成果17日发表在国际知名学术期刊《自然—物理》(Nature Physics)上。