基于直流与射频混合光泵磁强计的多参数量子传感与磁通信

我们介绍并演示了一种混合光泵磁强计（HOPM），其利用单一原子自旋系综同时测量一个直流场分量和一个射频场分量正交分量。该 HOPM 对直流与射频场均达到亚 pT/$\sqrt{\mathrm{Hz}}$ 灵敏度，其灵敏度在低频频受自旋投影噪声限制，在高频受光子散粒噪声限制。我们利用 HOPM 演示了多参数量子传感的新应用：背景抵消扩频磁通信。我们将数字消息编码为射频幅度，在 \SI{29}{\kilo\hertz} 至 \SI{33}{\kilo\hertz} 的十六个信道中扩散于噪声磁环境中，并观察到由量子噪声受限的直流噪声抵消所实现的量子噪声受限射频磁信号恢复，在 \SI{100}{\hertz} 处达到 \SI{15}{\decibel} 噪声抑制，在 \SI{60}{\hertz} 及以下超过 \SI{20}{\decibel}。我们测量了短文本消息通信中信号保真度随信号强度与外源噪声的变化。高灵敏度、量子噪声受限性能与现实应用潜力的结合使 HOPM 非常适合于高性能多参数量子传感研究。