首次實現基于里德堡原子臨界增強的高靈敏微波傳感
【化工儀器網 項目成果】發展現代化先進量子測量體系具有重要的研究意義。《“十四五”市場監管現代化規劃》中提出，加強以量子計量為核心的先進測量體系建設，加快建立新一代國家計量基準，推進社會公用計量標準升級換代，制定一批關系國計民生的重要計量技術規范。《計量發展規劃(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、符合時代發展需求和國際化發展潮流的國家現代先進測量體系。
里德堡原子并非是某個特定的元素對應的原子，而是一類激發態的原子，原子外層有一堆的電子，電子具有一定的能級結構。于里德堡原子可以對微弱電場產生很強的響應，因此已經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相互作用，常被用于模擬研究強關聯系統。強關聯系統在臨界點附近對外界擾動更加敏感，可以被應用于量子精密測量領域。
然而盡管現在已有大量理論報道利用強關聯系統的臨界狀態去做量子傳感，但在實驗上一直未能成功實現。其中主要原因包括多體系統相變過程制備難、臨界點的外場調控技術欠缺等。
近年來，中國科學技術大學郭光燦院士團隊中史保森教授、丁冬生教授課題組與丹麥奧爾胡斯大學Klaus M?lmer教授和英國杜倫大學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研究，已取得了重要進展。
近日，研究團隊在精密測量上取得新進展——首次實現基于里德堡原子臨界增強的高靈敏微波傳感。基于室溫銣原子體系，研究團隊利用多體系統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。
他們在實驗中發現，多體系統中的原子透射譜線在相變點附近變得更加陡峭，這相當于一把頻域上刻度更細的尺子，因此對于微波測量具有更高的精度。其中，實驗關鍵量之一的費希爾信息(Fisher information)提高了三個數量級。對應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，呈現指數增長的趨勢。
該項實驗有著相當的開創性，具有重大的潛在印象，為開發基于強相互作用多體系統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用。該研究成果17日發表在國際知名學術期刊《自然—物理》(Nature Physics)上。
(資料來源：中國新聞網)
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