[發明專利]一種冷原子系統自旋壓縮態的制備方法

有效

• 申請號: 202110201423.X
• 申請日: 2021-02-23
• 公開（公告）號: CN113014257B
• 公開（公告）日: 2022-05-20
• 發明（設計）人: 陳星;薛瀟博;張升康;趙環;王暖讓;張璐;葛軍
• 申請（專利權）人: 北京無線電計量測試研究所
• 主分類號: H03L7/26
• 分類號: H03L7/26;G01N21/65
• 代理公司: 中國航天科工集團公司專利中心 11024
• 代理人: 張國虹

本發明公開一種冷原子系統自旋壓縮態的制備方法，包括：提供一兩分量自旋系統，其包括二維勢阱，所述二維勢阱具有其原子自旋態依賴于原子相互作用的能級結構；向所述二維勢阱施加拉曼光，以使所述二維勢阱中由原子相互作用等效產生的自旋相互作用不為零；記錄來自二維勢阱的自旋波動信號，從所述自旋波動信號中確定自旋壓縮的變化情況；根據所述自旋壓縮的變化情況，測量自旋壓縮參數最小時的自旋壓縮性質，以產生自旋壓縮態。本發明的優點是：實現簡單，突破量子系統測量極限的限制，為提高量子精密測量精度提供新的方法，使得自旋壓縮態更加穩定。

技術領域

本發明屬于量子精密測量技術領域，特別是一種冷原子系統自旋壓縮態的制備方法。

背景技術

量子精密測量基于對原子、分子或離子等微觀粒子的精密操控，利用微觀系統結構穩定 且不易受外界干擾的優勢，將物理量的測量精度極大程度提升，在計量中發揮了巨大的作用， 推動了計量技術革新，廣泛應用于國防、軍事、通信、金融及貿易等領域。

冷原子系統是利用激光冷卻技術，原子達到極低溫度，可實現對原子系統的精密操控。 迄今為止，最精密的光頻標基于冷原子或冷離子囚禁技術，基于Al⁺光頻標對秒的測量不確 定度達到10^-19量級。超冷原子系統已經廣泛應用于量子精密測量、量子計算、量子模擬等領 域。

量子系統的測量精度受到海森堡不確定度等物理條件的限制，采用傳統的測量手段所能 達到的測量精度有限，且基于對原子或離子的精確操控，利用光學原子頻標技術，國際基本 單位“秒”的測量精度已經達到了10-19量級，逼近所能達到的測量極限，即標準量子極限， 迫切需要提出新的方法突破該限制。自旋壓縮態是一種多體糾纏態，眾多研究表明自旋壓縮 態可以通過原子或離子間相互作用誘導產生，然而由于退相干等作用，極易破壞由原子相互 作用產生的量子糾纏等性質，從而導致自旋壓縮效應的失效。因此，亟待提供一種方法能夠 突破上述標準量子極限的限制，為進一步提高系統的測量精度提供新思路。

發明內容

本發明的目的在于提供一種冷原子系統自旋壓縮態的制備方法，解決如何突破量子極限 的問題。

有鑒于此，本發明提供一種冷原子系統自旋壓縮態的制備方法，其特征在于，包括：

提供一兩分量自旋系統，其包括二維勢阱，所述二維勢阱具有其原子自旋態依賴于原子 相互作用的能級結構；

向所述二維勢阱施加拉曼光，以使所述二維勢阱中由原子相互作用等效產生的自旋相互 作用不為零；

記錄來自二維勢阱的自旋波動信號，從所述自旋波動信號中確定自旋壓縮的變化情況；

根據所述自旋壓縮的變化情況，測量自旋壓縮參數最小時的自旋壓縮性質，以產生自旋 壓縮態。

進一步地，所述自旋壓縮參數為垂直于平均自旋方向時的最小自旋波動與自旋平均值的 比值。

進一步地，所述原子相互作用為種內相互作用，包括質量及自旋相同的原子之間的相互 作用。

進一步地，所述原子相互作用為種間相互作用，包括質量或者自旋不同的原子之間的相 互作用。

進一步地，所述能級結構采用超精細能級。

進一步地，所述原子自旋態包括自旋向上狀態，位于超精細能級的上能級。

進一步地，所述原子自旋態包括自旋向下狀態，位于超精細能級的下能級。

本發明的另一目的在于提供一種冷原子系統自旋壓縮態的制備方法，其特征在于，包括：

提供一多分量自旋系統，其包括至少一二維勢阱，所述二維勢阱具有其原子自旋態依賴 于原子相互作用的能級結構；