【儀表網 研發快訊】在量子精密測量領域，如何更高效地開發與利用量子系綜資源，以提升量子精密測量的精度，特別是在增強原子鐘的功能、優化其性能、并拓展更廣泛的應用方面，仍是一個尚待開拓的研究領域，充滿挑戰與機遇。北京大學電子學院陳景標教授團隊在國際上首次利用不同量子躍遷之間的調制轉移過程，在單原子系綜中實現了雙波長光學頻率標準。該團隊針對原子多能級結構建立了理論模型，深入分析并實驗實現了雙光學躍遷調制轉移譜(DOT-MTS)雙光鐘方案。這一創新不僅驗證了單一量子體系同步實現兩種高穩定性光鐘的可行性，還展現了在同一量子系統中構建多種光鐘的潛力，為量子資源的高效利用提供了新途徑，為多光鐘集成與量子傳感網絡奠定了技術基礎。相關研究成果以“Single-atomic-ensemble dual-wavelength optical frequency standard”為題發表于Photonics Research2025年第3期，被遴選為封面文章。
該工作成功展示了在單一量子系綜中實現多個波長標準的創新方法，通過在不同量子躍遷之間的實現調制，基于單一量子系綜實現了雙光學波長量子頻率標準。在這一過程中，泵浦光束的調制頻率邊帶與87Rb D2線(780nm)共振，并同時傳遞到780nm(與87RbD2線共振)和795nm(與87Rb D1線共振)探測光束上。借助調制雙轉移新技術，780nm和795nm激光在熱原子系綜中實現了同時穩頻，頻率不穩定度都達到10-14量級(根據殘余誤差信號估算)。此方法開辟了單量子系綜多波長頻率標準新方向，在單一原子氣體池中實現了雙波長激光穩頻，開創了多躍遷協同鎖定的新范式，為在同一系統中實現多個量子頻率標準、增強量子相干性、量子信息資源的增效利用提供了新的思路。未來，團隊將進一步探索其中的基礎物理原理及其復雜的相互關系，以推動量子精密測量技術的進一步發展。
圖2 文章截圖
圖3 實驗系統
未來，這項技術有望應用于不同的原子體系及其結構，特別是碘分子，其豐富的光譜特性為開發多波長頻率標準提供了巨大的潛力，能夠顯著提升精密測量能力，從而為長度計量學和引力波探測提供支撐。同時，該方案還為未來高精度多波長光鐘和量子傳感網絡的構建提供了新的技術路徑。
該研究在陳景標和北京大學電子學院潘多副研究員的指導下順利完成，論文第一作者為博士生苗杰，其他參與研究的成員還包括博士生陳京明和楊巧會。研究得到了中國科學院國家授時中心于得水研究員的支持。此外，研究工作還得到了北京市科技新星計劃、量子科學與技術創新重大項目以及溫州重大科技創新重點項目的資助與支持。
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