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鍶原子光晶格鐘平臺上首次觀測到弗洛凱準粒子干涉效應

發(fā)布時間:2022-04-14 16:40:06

  作為下一代時間標準的重要候選者之一,鍶原子光晶格鐘平臺具有超強穩(wěn)定性和超高準確性等特點,它也是量子精密測量的利器,可精確探測相對論紅移效應以及引力波等。根據弗洛凱(Floquet)理論,當一個量子系統(tǒng)被周期性驅動時,會激發(fā)出弗洛凱準粒子;如果采用兩種不同的模式同時驅動,所產生的弗洛凱準粒子間的相對相位可導致量子干涉效應。但至今,人們一直未觀測到這種量子干涉效應。

  最近,來自重慶大學物理學院的汪濤博士和張學鋒教授帶領的理論團隊,與中國科學院國家授時中心常宏研究員帶領的實驗團隊緊密合作,在國際上首次觀測到弗洛凱準粒子的干涉效應 [1]。實驗裝置圖如圖1(a)所示,其中鍶原子被冷卻到3μK,并被囚禁在光晶格中。當晶格激光頻率被周期性驅動時,鍶原子會被激發(fā)出的弗洛凱準粒子所包圍,在這些弗洛凱準粒子的輔助作用下,鍶原子會在其能級與鐘激光頻率不匹配的情況下發(fā)生躍遷。如果同時驅動晶格激光和探測激光,激發(fā)出的弗洛凱準粒子間的初始相位差會導致干涉效應。因此,初始相位差的調控便成為了實驗成功的關鍵。為此,需要將驅動頻率限制在百赫茲量級甚至以下。

試驗裝置示意圖

  在課題組所采用的鍶原子光晶格鐘平臺中,鐘激光的頻率可達到驚人的毫赫茲級別 [2],為實驗成功奠定了堅實的基礎。此項研究成果不僅有助于深入地理解弗洛凱理論,同時也實現了光晶格鐘平臺上量子模擬從“0”到“1”突破。作為應用,如果將相對相位與量子材料中的動量相對應,則可將描述系統(tǒng)的哈密頓量與描述長程相互作用的Su-Schrieffer-Heeger模型完全對應起來,從而很好地模擬高拓撲數的一維拓撲絕緣體。


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