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新型光镊时钟

发布:laserpulse    |    2020-01-08 14:28    阅读:3212
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作为新年的约定,时光老人现在可能会带来第三种更精确的光学时钟类型,尽管其最终目的可能是进行研究而不是严格地计时。 加州理工学院(Caltech)和美国宇航局喷气推进实验室的科学家报告了一种原型原子阵列光学钟,该钟采用光学镊子技术结合了单原子钟和光学晶格钟的优点。

Adam Shaw,Ivaylo Madjarov和Manuel Endres在加州理工学院研究其基于激光的仪器。

桥接控制和精度

目前,最准确、最稳定的光学时钟使用的是对单个离子的光学询问,或者对被限制在光学晶格中的中性原子集合进行光学询问。他们启用了大地测量学、基础物理学和量子多体物理学的新实验。加州理工学院的原型光学时钟平台基于大约40个锶原子的阵列,每个原子被一个光镊夹住。 研究人员从冷原子云中加载阵列,然后引发光辅助碰撞以消除更高的陷阱占据率。然后,研究小组使用激光激发单个原子,并使用相机读取其荧光。 为了产生错误信号,研究人员会在共振以下和共振以上进行询问。这种逐个原子的反馈控制可以直接估计激光噪声的贡献。

在时钟设置中,束缚在81个光学镊子阵列中的约40个88Sr原子被698 nm时钟激光器询问,荧光成像用于以单原子分辨率和反馈来检测时钟状态下的种群变化。通过用于最小化激光噪声的声光调制器(AOM)进行控制。

加州理工学院物理学研究生,该研究的主要作者伊瓦伊洛•马德亚罗夫(Ivaylo Madjarov)在论文随附的新闻稿中说:“我们的激光振荡就像钟摆一样,随着时间的推移而变化。” “原子是非常可靠的参考,可确保摆以恒定的速率摆动。”

减少噪音

美国国家标准技术研究院(NIST)的安德鲁•卢德洛(Andrew Ludlow)写道,加州理工学院研究人员使用的40个锶原子构成了足够高的数量,“与单原子原子团相比,它可以将量子噪声降低约6倍。”本文评论。 Ludlow补充说,原子的几微米间距有助于减少“破坏性原子相互作用”。拉德洛指出,其他研究小组也在探索所谓的镊子钟。实际上,由亚当•考夫曼(Adam Kaufman)领导的NIST团队论文已于去年10月发表,该论文展示了使用较小的五个锶原子阵列的镊子钟。Ludlow指出,该研究的作者“使用了先进的腔稳定时钟激光器”,该激光器能够“保持长达四秒的相干原子查询-这对于镊子时钟和任何光学时钟来说都是一个惊人的数字。” Ludlow认为,在这种情况下,该团队获得了比Caltech–JPL组更高的频率稳定性。

纠缠态

这项新研究的作者写道,他们的时钟演示和NIST小组的时钟演示“为建立第三个具有竞争力的稳定性、准确性和鲁棒性的光学时钟平台奠定了基础,同时以自然的方式结合了单原子检测和控制技术 。”根据这项新研究的团队负责人加州理工学院的曼努埃尔•恩德雷斯(Manuel Endres)的说法,这种结合可能会在新兴的量子研究中找到用处。 Endres在新闻稿中指出,这些系统中的原子可能会发生纠缠,并且这种纠缠态可以进一步稳定时钟。因此,他说:“我们的方法还可以搭建通往量子计算和通信架构的桥梁。”

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