【48812】【光明日报】更多的原子更好的传感器 科学家初次完成根据里德堡原子临界增强的高活络微波传感

  日前，中国科学技能大学郭光灿院士团队在根据相变的精细丈量上获得新开展。团队史保森教授、丁冬生教授课题组与丹麦奥尔胡斯大学Klaus Mølmer教授和英国杜伦大学Charles S. Adams教授协作，使用强关联体系的相变提高了里德堡原子对微波电场丈量的精度和活络度，活络度可达49纳伏每厘米每根号赫兹。相关研讨成果10月17日发表于《天然-物理》。

  开展现代化先进量子丈量体系具有极端严重研讨含义，它既是国家严重需求，又契合世界开展潮流。由于里德堡原子具有较大的电偶极矩，能够对弱小电场发生很强的呼应，因而渐渐的变成了一个十分有远景的微波丈量量子体系。此外，由于里德堡原子之间具有长程强相互作用，常被用于模仿研讨强关联体系和相变。强关联体系在临界点邻近对外界扰动愈加灵敏，能够被使用于量子精细丈量范畴。

  虽然有很多理论报导使用强关联体系的临界状态去做量子传感，但在试验上一向未能成功完成。“底子原因是多体体系相变进程制备难、临界点的外场调控技能短缺等。”论文一起作者、中科院量子信息要点试验室丁冬生教授介绍。

  近年来，史保森、丁冬生科研团队使用里德堡原子体系，聚集量子模仿和量子精细丈量科学研讨，已获得了重要开展。

  此次作业中，团队开展了里德堡原子临界点与微波电场的耦合技能。根据室温铷原子体系，使用多体体系相变点关于微波扰动愈加灵敏的特色，显着提高了丈量微波的精度和活络度。

  丁冬生说：“试验发现，多体体系中的原子透射谱线在相变点邻近变得更峻峭，这相当于一把频域上刻度更细的尺子，因而关于微波丈量具有更高的精度。”

  在评价传感器时，一个要害量是Fisher information，它标明一个丈量量包括多少关于不知道参数的信息。试验标明，比较于少体无相变的状况，多体体系在临界点的Fisher information显着提高，详细提高了三个数量级。对应于丈量精度提高至少一个量级，而且随丈量时刻的添加而添加，出现指数增加的趋势。

  该作业得到审稿人高度评价：“该试验真实具有开创性，具有严重的潜在影响，由于它为开发根据强相互作用多体体系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活络度令人形象十分深入，很好地标明晰这种办法在计量方面的潜在使用。”