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量子传感器

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无损检测可以加速​​冷原子量子传感器

31 Mar 2021 乔治娜克罗夫特 
两个人对光学工作台进行调整多重测量 实验设置。 (礼貌:Cyril Fresillon / Syrte / First-TF / CNRSPhotothèque)" />
多重测量 实验设置。 (礼貌:Cyril Fresillon / Syrte / First-TF / CNRSPhotothèque)

基于冷原子干涉测量学的量子传感器是基本物理学中最准确的仪器之一,具有预测的应用,包括映射地下结构并创建更精确的导航系统。然而,它们的速度受到测量过程通常破坏仔细制备的原子样本的事实的限制,这意味着必须为每次测量创建新的样本。即使是最快的传感器也需要几百毫秒。

研究人员 叙杉 在法国的iDAGINGATOIRE DE Paris开发了一种新的非破坏性方法,这些方法使用微波来测量特定量子状态的原子的数量或人口。新方法使实验者能够进行近30 000倍的量子传感测量,这是一个可以使可以在与当前商业设备竞争的竞争力上完成大型调查的速率。

微波检测原理

可以使用现有方法进行冷原子的未破坏测量。然而,复杂的光学系统通常需要使得难以产生紧凑,实用的传感器。叙述团队 威廉杜博科斯特拉德,Seungjin Kim,和 Carlos L Garrido Alzar 通过基于微波的系统改为来解决这个问题。它们的解决方案使用由天线辐射到介质中的微波功率取决于该介质的辐射阻力。

Diagram showing the atomic reflection coefficient as a function of frequency. The value of the coefficient dips markedly at the atomic resonant frequency

在Syrte实验中,培养基是在约3μk的温度下制备的10 000个铷原子的样品。通过使用天线将微波束引导到原子上,然后观察微波信号原子反射,实验者可以检测原子的量子状态。虽然微波反射较弱,但研究人员在扫描谐振原子过渡时扫描微波频率时,它们看到了清晰的变化。

证明它有效:检测冷原子

该团队通过测量称为Rabi振荡的相干量子效应来证明了其检测方法的非破坏性。这些正弦图案出现在施加近共振光时,原子越野在两个原子能状态之间振荡,并且它们形成冷原子干涉法的基础。在典型的实验中,通过创建多个原子样本并采用每个样本进行一个数据点来观察这些模式。然而,在这种情况下,研究人员通过使用一个微波天线来驱动振荡和另一个来观察单个样本的Rabi振荡来观察到单个样本。

与多个样品方法相比,它们观察到使用它们的方法获得的振幅之间没有差异。这验证了它们的技术也没有引起任何额外的原子和移层损失,即使它增加了检测带宽到30 kHz。

Garrido Alzar告诉 物理世界 他们现在计划描绘其新的检测方法的噪声水平,并研究如何影响量子惯性传感器的性能。

报告了该研究 通信物理学.

版权©2021由IOP Publishing Ltd和个人贡献者