逼近里德伯原子微波电场计的标准量子极限
量子物理
2023-11-14 v3 原子物理
摘要
研制不确定度逼近其终极极限的微波电场计具有基础与技术双重意义。近来，里德伯电场计因其卓越灵敏度、小尺寸与宽可调谐性而备受关注。该特定量子传感器利用低熵激光束探测原子内部态的扰动，从而规避其经典对应物所遇的本征热噪声。然而，由于原子热运动，先进里德伯原子微波电场计距标准量子极限尚差三个数量级以上。在本研究中，我们利用含约5.2e5激光冷却原子的光学薄介质实现外差探测。通过抑制多种噪声并策略性优化里德伯电场计参数，我们的研究在100 Hz重复频率下达到10.0 nV/cm/Hz^1/2的电场灵敏度，抵达标准量子极限之上2.6倍及540 pV/cm最小可探测场。我们还深入分析了噪声机制并确定最优参数以提升里德伯原子传感器性能。我们的工作为里德伯电场计的内禀能力与局限提供洞见，同时为众多应用中弱微波信号探测提供优越灵敏度。
引用
@article{arxiv.2307.15617,
title = {Approaching the standard quantum limit of a Rydberg-atom microwave electrometer},
author = {Hai-Tao Tu and Kai-Yu Liao and Guo-Dong He and Yi-Fei Zhu and Si-Yuan Qiu and Hao Jiang and Wei Huang and Wu Bian and Hui Yan and Shi-Liang Zhu},
journal= {arXiv preprint arXiv:2307.15617},
year = {2023}
}
备注
12 pages