記者18日從中國科學技術大學獲悉，該校科研團隊與合作者在精密測量上取得新進展——首次實現(xiàn)基于里德堡原子臨界增強的高靈敏微波傳感。

該研究成果17日發(fā)表在國際知名學術期刊《自然—物理》(Nature Physics)上。

據(jù)悉，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，提高了里德堡原子對微波電場測量的精度和靈敏度，靈敏度可達49納伏每厘米每根號赫茲。

發(fā)展現(xiàn)代化先進量子測量體系具有重要的研究意義。由于里德堡原子可以對微弱電場產生很強的響應，因此已經(jīng)成為一個非常有前景的微波測量量子體系。此外，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(lián)系統(tǒng)。強關聯(lián)系統(tǒng)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。

雖然有大量理論報道利用強關聯(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)。“主要原因是多體系統(tǒng)相變過程制備難、臨界點的外場調控技術欠缺等。”論文共同作者、中科院量子信息重點實驗室丁冬生教授介紹。

近年來，史保森、丁冬生科研團隊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。此次工作中，團隊發(fā)展了里德堡原子臨界點與微波電場的耦合技術，顯著提高了測量微波的精度和靈敏度。

丁冬生說：“實驗發(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。”

實驗表明，其關鍵量之一的費希爾信息(Fisher information)提高了三個數(shù)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(xiàn)指數(shù)增長的趨勢。

該工作得到審稿人高度評價：“該實驗真正具有開創(chuàng)性，具有重大的潛在影響，因為它為開發(fā)基于強相互作用多體系統(tǒng)的新一代量子傳感器打開了大門。”(完)