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量子传感器在人造原子中使用自然发生的振动突破

由布里斯托大学领导的一个科学家小组发现了一种可用于构建超高精度量子传感器的新方法。

当单个原子发射光,它们在称为光子离散分组这样做。

当测量这种光时,这种离散或“颗粒”特性导致其亮度的波动特别小,因为两个或多个光子不会同时发射。

这种特性对于开发未来量子技术特别有用,其中低波动是关键,并且已经引起人们对工程系统的兴趣激增,这些工程系统在发光时像原子一样起作用,但其性质更容易定制。

这些已知的“人造原子”通常由固体材料制成,实际上是更大的物体,其中振动的存在是不可避免的,并且通常被认为是有害的。

然而,由布里斯托大学领导的一个合作团队现在已经确定,人造原子中的这些自然发生的振动可以令人惊讶地导致比天然原子系统中存在的亮度波动更大的抑制。

这些作者,包括来自谢菲尔德大学和曼彻斯特大学的学者,表明这些低波动可用于构建量子传感器,这些量子传感器本质上比没有振动的量子传感器更准确。

布里斯托大学物理学院研究和量子工程讲师的首席研究员Dara McCutcheon博士说:“这项研究的意义非常深远。

“通常人们总是认为这些相对较大的人造原子中存在的振动对它们发出的光是有害的,因为通常振动会使能量水平相互冲击,产生的波动会印在发射的光子上。

“这里发生的事情是,在低温下,振动环境起到冷却系统的作用 - 从某种意义上说,它会冻结能量水平,从而抑制发射光子的波动。”

这项工作指向了这些人造原子的新愿景,其中它们的固态特性实际上被用于产生无法使用天然原子系统制造的光。

它还打开了一个新的应用程序的大门,这些应用程序使用人工原子进行量子增强传感,范围从可用于测量大脑信号的小规模磁力测定,一直到全尺寸引力波探测,揭示宇宙过程在星系的中心。