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        作者:彭新華等 來源:《物理評論快報》 發布時間:2022/6/24 13:44:58
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        中國科大實現新型自旋量子放大技術
        靈敏度達到飛特斯拉水平

         

        中國科學技術大學中國科學院微觀磁共振重點實驗室教授彭新華研究組在自旋量子精密測量領域取得重要進展,首次提出和驗證了Floquet自旋量子放大技術,靈敏度達到了飛特斯拉(簡寫fT,即10的負十五次方特斯拉)水平。相關研究成果日前在線發表于《物理評論快報》,并被選為“編輯推薦”文章。

        現代自然科學和物質文明是伴隨著測量精度的不斷提升而發展。隨著量子力學基礎研究和科學技術的發展,通過原子、分子、自旋等物理系統可以實現微弱信號的量子增強放大。相比基于經典電路的傳統放大技術,量子增強放大技術具有更低的量子噪聲和更高的放大增益,為提升測量精度提供了強有力的研究手段,受到廣泛關注和研究。

        目前,量子放大技術已經在諸多測量過程發揮不可替代的作用,催生出許多革命性成果,例如微波激射器、激光器、原子鐘,甚至宇宙微波背景輻射的首次發現等,諾貝爾物理學獎也曾多次授予相關領域。

        然而,目前對量子放大精密測量技術的探索仍然有限,實現信號放大主要依賴于量子系統固有的離散能級躍,由于可調諧性的限制,量子系統固有離散躍遷頻率往往無法滿足放大需要的工作頻率,因此限制了量子放大器的性能,如工作帶寬、頻率和增益等。如果能夠克服以上困難,量子放大技術的性能將可得到很大改善,對探測極弱電磁波和奇異粒子等基礎物理和實際應用具有重要意義。

        研究人員提出了Floquet自旋量子放大技術,克服了以往探測頻率范圍小等限制,實現了對多個頻率的極弱磁場放大。這項技術得益于研究組此前提出的“自旋放大技術”和“Floquet調制技術”,將二者有機結合,從而將量子放大技術推廣到Floquet自旋系統。

        通過理論計算和實驗研究,首次展示了Floquet系統可以實現多個頻率待測磁場2個數量級的同時量子放大,測量靈敏度達到了飛特斯拉級級別。

        該工作首次將量子放大技術擴展到Floquet自旋系統,有望進一步推廣到其他量子放大器,實現全新的一類量子放大器——“Floquet量子放大器”。

        審稿人認為該工作“為精密測量以及檢驗新物理規律提供了超靈敏方法”。(來源:中國科學報 王敏)

        相關論文信息:https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.128.233201

         
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