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新型光鑷時鐘

發布:laserpulse    |    2020-01-08 14:28    閱讀:2308
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作為新年的約定,時光老人現在可能會帶來第三種更精確的光學時鐘類型,盡管其最終目的可能是進行研究而不是嚴格地計時。 加州理工學院(Caltech)和美國宇航局噴氣推進實驗室的科學家報告了一種原型原子陣列光學鐘,該鐘采用光學鑷子技術結合了單原子鐘和光學晶格鐘的優點。

Adam Shaw,Ivaylo Madjarov和Manuel Endres在加州理工學院研究其基于激光的儀器。

橋接控制和精度

目前,最準確、最穩定的光學時鐘使用的是對單個離子的光學詢問,或者對被限制在光學晶格中的中性原子集合進行光學詢問。他們啟用了大地測量學、基礎物理學和量子多體物理學的新實驗。加州理工學院的原型光學時鐘平臺基于大約40個鍶原子的陣列,每個原子被一個光鑷夾住。 研究人員從冷原子云中加載陣列,然后引發光輔助碰撞以消除更高的陷阱占據率。然后,研究小組使用激光激發單個原子,并使用相機讀取其熒光。 為了產生錯誤信號,研究人員會在共振以下和共振以上進行詢問。這種逐個原子的反饋控制可以直接估計激光噪聲的貢獻。

在時鐘設置中,束縛在81個光學鑷子陣列中的約40個88Sr原子被698 nm時鐘激光器詢問,熒光成像用于以單原子分辨率和反饋來檢測時鐘狀態下的種群變化。通過用于最小化激光噪聲的聲光調制器(AOM)進行控制。

加州理工學院物理學研究生,該研究的主要作者伊瓦伊洛•馬德亞羅夫(Ivaylo Madjarov)在論文隨附的新聞稿中說:“我們的激光振蕩就像鐘擺一樣,隨著時間的推移而變化。” “原子是非常可靠的參考,可確保擺以恒定的速率擺動。”

減少噪音

美國國家標準技術研究院(NIST)的安德魯•盧德洛(Andrew Ludlow)寫道,加州理工學院研究人員使用的40個鍶原子構成了足夠高的數量,“與單原子原子團相比,它可以將量子噪聲降低約6倍。”本文評論。 Ludlow補充說,原子的幾微米間距有助于減少“破壞性原子相互作用”。拉德洛指出,其他研究小組也在探索所謂的鑷子鐘。實際上,由亞當•考夫曼(Adam Kaufman)領導的NIST團隊論文已于去年10月發表,該論文展示了使用較小的五個鍶原子陣列的鑷子鐘。Ludlow指出,該研究的作者“使用了先進的腔穩定時鐘激光器”,該激光器能夠“保持長達四秒的相干原子查詢-這對于鑷子時鐘和任何光學時鐘來說都是一個驚人的數字。” Ludlow認為,在這種情況下,該團隊獲得了比Caltech–JPL組更高的頻率穩定性。

糾纏態

這項新研究的作者寫道,他們的時鐘演示和NIST小組的時鐘演示“為建立第三個具有競爭力的穩定性、準確性和魯棒性的光學時鐘平臺奠定了基礎,同時以自然的方式結合了單原子檢測和控制技術 。”根據這項新研究的團隊負責人加州理工學院的曼努埃爾•恩德雷斯(Manuel Endres)的說法,這種結合可能會在新興的量子研究中找到用處。 Endres在新聞稿中指出,這些系統中的原子可能會發生糾纏,并且這種糾纏態可以進一步穩定時鐘。因此,他說:“我們的方法還可以搭建通往量子計算和通信架構的橋梁。”

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