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一种单原子读出的原子阵列光学时钟

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发表时间:2019-12-30 14:38来源:前瞻网

众所周知,原子钟是当前最精确的计时工具,目前最常用的铯原子钟,它的每一次“滴答”都来源于原子吸收或释放能量时发出的电磁波。由于电磁波本身的稳定性,加上一系列精密仪器的辅助,原子钟的精度甚至可以达到数亿年才误差1秒。

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在这一基础上,加州理工大学和喷气推进实验室的科学家们近期又研发出了基于光频率的新型原子钟,相关论文已经发表在了物理学顶级刊物《Physical Review X》上。


新的时钟设计基于2种已有的光学原子钟,分别是基于捕获单个带电原子(离子)的原子钟,以及将数千个中性原子捕获在所谓光学晶格中的原子钟。


第1种方式,在捕获离子的过程中,只需要精确地分离和控制一个原子(离子),就能提高时钟的准确性;第2种方式采用相反的思路,光学阵列方法的优点则是拥有多个原子——原子越多,由于单个原子的随机量子波动而产生的不确定性就越少。


据了解,这个新的原子钟绰号“镊子钟”,来源于科学家利用所谓“激光镊子”来操纵单个原子的研究过程。他们用激光镊子精确控制着40个原子,这样就结合了2种方法的优点。


在这篇题为《一种单原子读出的原子阵列光学时钟》概述写道:“在这里,我们演示了一种新的光学时钟系统,该系统基于一组单独捕获的中性原子阵列,采用单原子读出。”


除了精度以外,这一技术的更大意义在于“该系统融合了离子和晶格时钟的许多优点,并为使用中性原子进行量子模拟、计算搭建了一座桥梁”。