中国科大实现新的自旋量子放大技术-彩宝贝彩票网首页,彩宝贝官方首页

彩宝贝彩票网首页,彩宝贝官方首页中国科学院显微磁共振重点实验室彭新华课题组在自旋量子精密测量领域取得重要进展。首次提出并验证了Floquet自旋量子放大技术。由于放大的限制,实现了多波段极弱磁场信号的量子放大,灵敏度达到了Femto-Tesla级别。相关研究成果于6月9日以“Floquet Spin Amplification”为题在线发表在国际著名学术期刊《物理评论快报》上[Phys.牧师莱特。 128, 233201 (2022)],并被选为“编者”Editors' Suggestion”文章。

彩宝贝彩票网首页,彩宝贝官方首页现代自然科学和物质文明是随着测量精度的不断提高而发展起来的。随着量子力学和科学技术基础研究的发展,可以通过原子、分子、自旋等物理系统来实现微弱信号的量子增强和放大。与基于经典电路的传统放大技术相比,量子增强放大受限于较低的量子噪声,具有较高的放大增益,为提高测量精度提供了有力的研究方法,因此受到了广泛的关注和研究。 .目前,量子放大技术在许多测量过程中发挥了不可替代的作用,产生了许多革命性的成果,如微波激射器、激光、原子钟,甚至首次发现了宇宙微波背景辐射。在相关领域多次获奖。然而,目前对量子放大精密测量技术的探索仍然有限。信号放大的实现主要依赖于量子系统固有的离散能级跃迁。由于可调谐性的限制,量子系统固有的离散跃迁频率往往不能满足放大所需的工作频率。因此,量子放大器的工作带宽、频率和增益等性能受到限制。如果能克服上述难点,量子放大技术的性能将大大提高,这对基础物理学和探测极弱电磁波、奇异粒子等实际应用具有重要意义。

彩宝贝彩票网首页,彩宝贝官方首页针对上述问题,研究人员提出了Floquet自旋量子放大技术,成功克服了以往检测频率范围等限制,实现了对极弱磁场多频率的放大。该技术受益于该小组先前提出的“自旋放大技术”[Nat.Phys。 17, 1402 (2021)] 和“Floquet 调制技术”[Sci.进阶。 7(8),eabe0719(2021)],将两者有机结合,从而将量子放大技术扩展到Floquet自旋系统:利用Floquet调制技术控制自旋的能级和量子态,并修改固有的两能级系统(如 129Xe 核自旋)成周期 Floquet 系统具有许多独特的性质,使系统形成一系列能量间距分布相等的 Floquet 能级,这些能级之间可以发生共振跃迁(如如图1),从而有效地扩大了磁场。放大的频率范围。通过理论计算和实验研究,首次证明Floquet系统可以实现多频率下被测磁场两个数量级的同时量子放大,测量灵敏度达到femto-Tesla级别。该工作首次将量子放大技术扩展到Floquet自旋系统,并有望进一步扩展到其他量子放大器,实现新型量子放大器——“Floquet量子放大器”。

彩宝贝彩票网首页,彩宝贝官方首页彭新华课题组长期瞄准量子精密测量领域,利用量子精密测量技术解决世界前沿科学问题。包括2018年自主研发的超灵敏原子磁力仪,并利用该技术实现了一种不需要磁场的新型核磁共振技术——“零磁场核磁共振”[Sci.进阶。 4(6),eaar6327(2018)]; 2019-2020年开发新的原子磁力计技术[Adv.量子技术。 3, 2000078 (2020), 物理学。 Rev. Applied 11, 024005 (2019)],磁场检测灵敏度达到国际领先水平;通过进一步研究,2021年将实现新型自旋微波激射器,创造世界上低频磁探测灵敏度最佳[Sci.进阶。 7(8),eabe0719(2021)]。之后,课题组利用开发的平台式量子精密测量技术,在标准模型之外寻找新的粒子,取得了一系列研究成果,为学科发展做出了实质性贡献。包括使用新型量子自旋放大器搜索2021年暗物质候选粒子,首次打破国际公认最强宇宙天文边界[Nat.Phys. 17, 1402 (2021)],并实现了超越标准模型超灵敏效应测试的新一类相互作用,实验极限比之前的国际最佳水平至少高出2个数量级[Sci.进阶。 7、eabi9535(2021)]。

中国科学院显微磁共振重点实验室蒋敏副研究员和博士生秦玉树、王欣为论文共同第一作者,彭新华教授为论文通讯作者。该研究得到了科技部、国家自然科学基金委和安徽省的资助。

论文链接:https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.128.233201

量子自旋放大技术论文链接:https://www.nature.com/articles/s41567-021-01392-z

(中国科学院显微磁共振重点实验室中国科学院物理学院量子信息与量子技术创新研究所研究部)

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