《量子精密測量中里德堡原子制備方法》國家標準征求意見

　　【儀表網(wǎng) 行業(yè)標準】由 TC578(全國量子計算與測量標準化技術(shù)委員會)歸口，中國計量科學研究院 、深圳中國計量科學研究院技術(shù)創(chuàng)新研究院 、國儀量子(合肥)技術(shù)有限公司等單位起草的國家標準計劃《量子精密測量中里德堡原子制備方法》征求意見稿發(fā)布，并公開征求意見。截止時間2023年5月13日。
 

　　高激發(fā)態(tài)原子是指電子被激發(fā)到主量子數(shù) n 很高的能級(一般n>10)的原子，高激發(fā)態(tài)又稱為里德堡態(tài)，因此這類原子亦稱為里德堡原子。里德堡原子中由于電子到原子實的距離比較遠，庫侖作用比較小，比較容易受到外加的電磁場影響。利用這種特性，里德堡原子成為量子信息領域的一個研究和應用熱點，特別是近年來在高靈敏度量子精密測量領域被廣泛使用。里德堡原子的制備是實現(xiàn)量子精密測量的物理前提和關鍵共性技術(shù)。近年來單光子激發(fā)、雙光子激發(fā)、三光子激發(fā)等多種制備技術(shù)相繼研發(fā)，每種制備技術(shù)對泵浦激光的特性參數(shù)和操控方法有著不同的要求，相應的檢驗方法也不同。制定《量子精密測量中里德堡原子制備方法》國家標準，對于規(guī)范高激發(fā)態(tài)原子的制備，擴大高激發(fā)態(tài)原子在量子精密測量領域中的應用有著重要的應用價值和指導意義。
 

　　隨著量子信息技術(shù)的發(fā)展，以及里德堡原子靈敏度高、頻率范圍寬等先天優(yōu)勢，在量子計算、微波及太赫茲波傳感以及量子光學等領域有著廣泛的應用。目前國內(nèi)國外未發(fā)布相關技術(shù)標準，隨著微波量子場強儀等量子科學儀器逐漸進入工程應用，亟需填補相關技術(shù)標準的空白。
 

　　本文件按照GB/T 1.1-2020《標準化工作導則 第1部分：標準化文件的結(jié)構(gòu)和起草規(guī)則》的規(guī)定起草。本文件規(guī)定了里德堡原子的制備方法，方法不限于冷原子和熱原子系綜。本文件適用于基于里德堡原子的量子精密測量等領域。
 

　　儀器設備：
 

　　1.一般要求
 

　　所有儀器儀表應經(jīng)過計量檢定機構(gòu)檢定合格，并在有效期內(nèi)。進入試驗后定期進行計量復查，復查合格后給出準用證。
 

　　2.窄線寬激光器
 

　　窄線寬激光器泵浦原子完成特定能級躍遷，包括半導體激光器、光纖激光器、鈦寶石激光器等激光器。激光器的輸出激光波長(頻率)及線寬、功率及其穩(wěn)定度等都是激光器的主要參數(shù)。
 

　　1)單光子吸收激發(fā)
 

　　激光器數(shù)量：1臺
 

　　激光波長：297(銣原子)或319 nm(銫原子)
 

　　線寬：≤100 kHz
 

　　功率：不小于1 mW
 

　　2)雙光子吸收激發(fā)
 

　　激光器數(shù)量：2臺
 

　　激光器1：
 

　　激光波長范圍：780nm(銣原子)或852nm(銫原子)
 

　　線寬：≤100 kHz
 

　　功率：不小于10μW
 

　　激光器2：
 

　　激光波長范圍：483nm(銣原子)或513nm(銫原子)
 

　　線寬：≤100kHz
 

　　功率：不小于30mW
 

　　3)三光子吸收激發(fā)
 

　　激光器數(shù)量：3臺
 

　　激光器1：
 

　　激光波長范圍：780nm(銣原子)或852nm(銫原子)
 

　　線寬：≤100kHz
 

　　功率：不小于10μW
 

　　激光器2：
 

　　激光波長范圍：785±15nm(銣原子)或1425±75nm(銫原子)
 

　　線寬：≤100kHz
 

　　功率：不小于50mW
 

　　激光器3：
 

　　激光波長范圍：1375±125nm(銣原子)或800nm±50nm(銫原子)
 

　　線寬：≤100kHz
 

　　功率：不小于10μW
 

　　3.光電探測器
 

　　光電探測器將光譜信號轉(zhuǎn)換為電信號，進行光譜信號的測量，一般采用高增益、低噪聲探測器。響應波長范圍、帶寬、響應度、增益、噪聲等效功率、飽和光功率、損傷光功率、輸出電壓、工作溫度是光電探測器主要參數(shù)。
 

　　波長范圍：覆蓋探測所需波長
 

　　帶寬：不小于1MHz
 

　　噪聲等效功率(NEP)：不大于10pW/√Hz
 

　　4.信號采集儀器
 

　　信號采集儀器包括示波器或光譜儀。示波器完成信號的時域特性采集，光譜儀完成信號的頻域特性采集。兩者可以根據(jù)實際需要選用。
 

　　試驗方法：
 

　　1) 吸收光譜法
 

　　吸收光譜法是早期里德堡原子的探測方法，主要是利用光譜儀來記錄分析原子吸收光譜，從而實現(xiàn)特定里德堡態(tài)的探測。電磁誘導透明(EIT)是一種常用的吸收光譜法。
 

　　2) 熒光探測法
 

　　熒光探測法是使用光電倍增管來探測原子由里德堡態(tài)自發(fā)輻射回低能態(tài)所發(fā)出的熒光信號。由于里德堡原子能級間隔很小，導致自發(fā)輻射的光譜分布很寬，無法實現(xiàn)里德堡態(tài)的精確探測；而且熒光強度隨主量子數(shù)的增加迅速減小，因此，此方法只適合主量子數(shù)較低的里德堡態(tài)的探測。
 

　　3) 選擇場電離法
 

　　場電離探測法利用里德堡原子易電離的特性，利用外加電場使里德堡態(tài)上的原子被電離，然后在加速電場的作用到達微通道板(MCP)探測器，通過探測器輸出的正離子或電子信號強度就可以推出相應里德堡原子數(shù)目。通過改變所加電場的大小即可實現(xiàn)不同里德堡態(tài)的探測。場電離探測方法的效率和分辨率都很高，但該探測技術(shù)是破壞性的，探測后的里德堡原子不可恢復。
 

　　試驗報告：
 

　　試驗報告至少應給出以下幾個方面的內(nèi)容：
 

　　——試驗對象，堿金屬元素種類；
 

　　——主要試驗儀器信息；
 

　　——采集數(shù)據(jù)(光譜時域或頻域信號)；
 

　　——試驗日期；
 

　　——試驗操作者信息。