近日，鄭州大學(xué)物理學(xué)院材料物理研究所金剛石光電材料與器件團(tuán)隊(duì)在光晶格原子鐘的主動(dòng)光頻測(cè)量理論研究方面取得進(jìn)展，相關(guān)成果以題為“Active Frequency Measurement on Superradiant Strontium Clock Transitions”的論文發(fā)表在國(guó)際知名物理期刊《Physical Review Letters》上。青年教師張?jiān)苯淌跒檎撐牡谝蛔髡吆屯ㄓ嵶髡撸湂W胡斯大學(xué)Klaus M?lmer教授為共同通訊作者，鄭州大學(xué)為第一作者單位。

微波原子鐘被用于國(guó)際時(shí)間標(biāo)準(zhǔn)的定義，是北斗等衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的核心。相較微波原子鐘，光頻原子鐘具有更高的精度和準(zhǔn)確度。目前，對(duì)光鐘的研究集中在單個(gè)囚禁離子和光晶格原子鐘體系。原子鐘可通過被動(dòng)和主動(dòng)兩種機(jī)制進(jìn)行頻率測(cè)量。在微波頻段，氫微波激射器實(shí)現(xiàn)了主動(dòng)的頻率測(cè)量。在可見光波段，2018年美國(guó)科羅拉多州大學(xué)James K. Thompson組首次利用光晶格原子鐘的超輻射脈沖實(shí)現(xiàn)了主動(dòng)頻率測(cè)量。

為詮釋這個(gè)實(shí)驗(yàn)涉及的物理并找出優(yōu)化主動(dòng)頻率測(cè)量精度的方法，研究團(tuán)隊(duì)將腔量子電動(dòng)力學(xué)理論和量子測(cè)量理論結(jié)合提出了隨機(jī)量子主方程，首次利用二階平均場(chǎng)方法對(duì)該類方程進(jìn)行了求解，并對(duì)實(shí)驗(yàn)體系進(jìn)行了模擬和預(yù)測(cè)。理論研究揭示了原子系綜復(fù)雜的動(dòng)力學(xué)過程，得到了與實(shí)驗(yàn)相符的超輻射差拍、功率密度譜以及頻率測(cè)量精度。同時(shí)，研究表明通過延長(zhǎng)超輻射脈沖以及減小單次頻率測(cè)量所需時(shí)間可使頻率測(cè)量精度提高一到兩個(gè)數(shù)量級(jí)，從而可與當(dāng)前實(shí)驗(yàn)報(bào)道中最好的光鐘頻率測(cè)量精度相比擬。

研究團(tuán)隊(duì)提出的理論不僅可用于研究基于鍶88、鈣等原子的超輻射的頻率測(cè)量，也可用于研究基于穩(wěn)態(tài)超輻射、超輻射拉曼散射等過程的頻率測(cè)量,以及探索復(fù)雜物理體系中測(cè)量引起的糾纏和自旋壓縮等量子測(cè)量效應(yīng)。

該工作得到了國(guó)家自然科學(xué)基金等項(xiàng)目的資助。

全文鏈接： https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.128.013604