虚拟专辑

张球新 , 胡栋 , 白金海 , 王宇

2026, 46(2):130-139. DOI: 10.11823/j.issn.1674-5795.2026.02.11

[摘要](81) [HTML](217) [PDF 5.39 M](77)

摘要:
超冷原子体系的制备效率与势阱间转移保真度是制约其在量子精密测量中实用化的关键因素。针对蒸发冷却过程中光阱功率稳定性不足，以及磁阱转移中马约拉纳跃迁导致退相干这两个核心问题，提出一套集成化的解决方案。在制备阶段，设计并实现了基于双光电探测器的光功率反馈稳定系统，解决蒸发冷却全过程（特别是毫瓦量级低功率阶段）的功率控制难题，将关键阶段功率波动抑制在0.11%以内，实现高效率蒸发冷却。在转移阶段，通过精确调控四极磁阱的偏置磁场，主动控制磁场零点位置，使超冷原子团与零点保持安全距离，有效抑制马约拉纳跃迁引起的原子损失与退相干。实验结果表明：经过6.8 s蒸发冷却，成功制备了原子数约为3 × 10?个、温度为30 nK的??Rb超冷原子，并将其相干地转移至四极磁阱中稳定悬浮。高效制备与转移??Rb超冷原子的方法，为构建面向原子干涉、量子重力测量等高精度计量应用的可靠超冷原子源提供了关键技术支撑。

2 扫描隧道显微镜在原子级测量、表征与制造中的应用研究进展

柴钰 , 陈德樟 , 李德志 , 吕铠杭 , 李昊鹏 , 党超群 , 居冰峰 , 杨琛

2026, 46(1):1-18. DOI: 10.11823/j.issn.1674-5795.2026.01.01

[摘要](388) [HTML](123) [PDF 47.97 M](415)

摘要:
介绍了扫描隧道显微镜（Scanning Tunneling Microscope， STM）的基本工作原理，阐述了STM如何全面满足原子级制造中“看得到”“测得精”“造得出”三大核心需求，并分析了其在揭示量子现象与构筑人工原子结构方面的关键作用。指出STM的强环境适应性、超高空间分辨率、超高时间分辨率等特点，为揭示原子级制造中的新机制与新效应提供了关键实验依据；STM基于特有的量子隧穿效应可对制备结构的电学、磁学等物性参数进行精确测量，建立制造参数与器件性能之间的定量构效关系，从而为工艺优化与质量评估提供依据；将STM的原子级精准操纵能力与自动化、高通量技术模块深度融合是突破其效率瓶颈、迈向产业应用的核心路径，这一技术融合将推动原子制造从单一结构的精确制备，迈向复杂功能器件的高效、可控制造。提出未来需要进一步研究能够同时实现飞秒级时间分辨率与亚埃级空间分辨率的STM原位测量技术，并拓展复杂多物理场耦合下STM系统的综合物性表征能力，为下一代量子材料与信息器件的发展提供技术支撑。

3 里德堡原子超外差微波测量技术研究进展

杜强 , 郝建海 , 白金海 , 胡栋 , 王宇 , 徐浩天 , 张烨元

2025, 45(6):50-64. DOI: 10.11823/j.issn.1674-5795.2025.06.04

[摘要](272) [HTML](169) [PDF 5.70 M](440)

摘要:
介绍了里德堡原子超外差微波测量技术的物理原理与典型方法，阐述了其在灵敏度提升、相位测量及动态范围扩展等方面的研究进展，分析了该技术在航空装备应用中的潜在价值与当前局限，探讨了该技术体系从实验室迈向航空装备应用的发展脉络与关键技术挑战。指出该技术当前成熟度尚处于原理突破向装备集成的过渡阶段，提出该技术迈向航空装备应用应遵循核心单元芯片化集成、系统级环境适应性强化、面向任务的网络化协同感知三个阶段。为构建新一代高灵敏、分布式、智能化的航空微波测量体系提供了前瞻性技术路线图。

4 广义Grover量子行走中的聚类现象

张伟伟 , 陈佐维 , 赵伟 , 杨北亚 , 贾恒越 , 潘炜 , 史豪斌

2025, 45(5):68-78. DOI: 10.11823/j.issn.1674-5795.2025.05.07

[摘要](218) [HTML](92) [PDF 18.76 M](398)

摘要:
为探索量子行走在计量方面的应用，提出了含任意控制参数的广义Grover量子行走与分步Grover量子行走。研究了相应聚类现象和模型可调参数的关联性，具体分析了控制参数在量子行走演化中的作用，发现行走者的演化速度在参数空间的聚类分布与行走者量子态中的纠缠在参数空间的聚类分布呈现出一致性，进一步探究了不同聚类中行走者的概率分布。探讨了Grover量子行走的实验实现方案，论述了Grover量子行走在计量领域的应用，指出Grover量子行走对于实现高精度传感、拓扑序精确测量以及提升态层析效率具有重要意义。研究成果为推动量子行走信息处理技术发展提供了有力支撑。

5 固态里德堡激子研究进展

翟宇飞 , 杨吕鹏 , 邵明 , 余宇 , 汪毅 , 张好 , 马一飞 , 王梅 , 张临杰

2025, 45(4):12-47. DOI: 10.11823/j.issn.1674-5795.2025.04.02

[摘要](357) [HTML](187) [PDF 36.90 M](498)

摘要:
介绍了里德堡激子作为半导体中高激发态电子空穴对的核心特征，包括类氢能级、宏观量子特性、强相互作用与非线性响应。阐述了氧化亚铜（Cu₂O）因其低缺陷和偶极跃迁禁止特性，成为研究高阶里德堡态的理想平台。分析了利用光谱技术和外场调控揭示的里德堡激子特性——微米级半径、高极化率、长寿命和大偶极矩。探讨了高主量子数下激子间显著增强的长程相互作用及其引发的激子阻塞和非线性折射现象，以及外场对能级分裂、跃迁选择定则和选择性激发的调控作用，并提及环境扰动的影响。指出里德堡激子凭借其独特的物理性质和对环境的高度敏感性，在弱场传感、片上单光子器件、量子模拟及微波光学转换等前沿领域具有巨大应用潜力；深入研究和开发这些特性是未来实现高性能量子信息技术与精密传感技术的关键方向。

6 双向量子时间同步研究进展

董瑞芳 , 项晓 , 权润爱 , 洪辉博 , 师冰轲 , 刘涛 , 张首刚

2025, 45(4):1-11. DOI: 10.11823/j.issn.1674-5795.2025.04.01

[摘要](1223) [HTML](169) [PDF 12.33 M](419)

摘要:
量子时间同步是量子技术与时间频率技术相融合的交叉前沿技术。利用频率纠缠双光子源的内禀非定域时间关联性，双向量子时间同步不仅能将现有时间同步精度提高1～2个数量级，同时具备内在安全性优势，为大幅提升授时精度和保障授时安全性提供了新一代变革性技术方案。重点介绍了中国科学院国家授时中心在双向量子时间同步领域取得的研究进展：建立了双向量子时间同步准确度评估模型；在国际上首个报道了10 fs级超高精度量子时间同步实验演示案例；先后在2 km自由空间 + 7 km实地光纤混合链路、百km实地光纤链路以及250 km超长距离光纤链路上成功实现了亚皮秒级时间传递演示，充分验证了该技术在大损耗、强噪声环境中的高精度同步应用能力；同时，通过实验研究证实了量子时间传递系统的安全性优势。这些研究成果不仅标志着我国在长距离光纤量子安全时间传递领域取得了重要进展，更为未来构建大规模量子网络提供了高兼容性的时间同步解决方案。

7 基于外腔半导体激光器的微型原子钟

廉吉庆 , 潘多 , 赵天 , 黄鹏翔 , 陈景标

2025, 45(2):26-32. DOI: 10.11823/j.issn.1674-5795.2025.02.02

[摘要](1354) [HTML](199) [PDF 4.74 M](861)

摘要:
为了解决传统微型和芯片级相干布居囚禁（Coherent Population Trapping， CPT）原子钟使用的垂直腔面发射激光器（Vertical Cavity Surface Emitting Laser， VCSEL）线宽大的问题，采用自研的激光芯片和毫米量级尺寸的光学元件，设计了一种适用于微型CPT铷原子钟、波长为795 nm的微型外腔半导体激光器（External Cavity Diode Laser， ECDL），该激光器尺寸小于1 cm³，且具有线宽窄、直接调制特性好的特点。基于该ECDL，首次实现了非VCSEL光源的微型原子钟设计验证，短期频率稳定度达到3.70 × 10^-11@1 s，1.35 × 10^-12@1 000 s，对后续研制高性能微型甚至芯片级原子钟产品具有重要意义。

8 原子钟技术发展与“秒”定义变革

陈伟亮 , 刘昆 , 戴少阳 , 郑发松 , 左娅妮 , 房芳

2025, 45(2):5-25. DOI: 10.11823/j.issn.1674-5795.2025.02.01

[摘要](1521) [HTML](202) [PDF 3.76 M](2945)

摘要:
介绍了用作频率标准的高性能冷原子钟的发展现状，阐述了喷泉钟与光钟的基本原理、性能指标、在计量和其他领域的应用及发展趋势，分析了原子钟技术发展对“秒”定义变革的影响，探讨了“秒”定义变革的路径和现状。指出可通过提升相干作用时间、降低原子温度、优化不确定度评估策略等方式提升原子钟性能，提出通过时空一体化测量、优化引力红移评估手段、建立高水平洲际远程比对链路等方式，进一步提升原子钟的不确定度水平及扩大应用范围。

9 基于量子级联激光器的光频梳研究应用综述

马泽军 , 马钰 , 刘峰奇 , 陆全勇

2024(4). DOI: 10.11823/j.issn.1674-5795.2024.04.02

[摘要](1093) [HTML](211) [PDF 18.81 M](776)

摘要:
深入探讨了量子级联激光器（Quantum Cascade Laser， QCL）中光频梳的工作机制，包括其产生光频梳的方式以及相关的非线性效应（如四波混频效应）对其运行的影响。阐述了QCL波导设计的重要性，分析了QCL光频梳在中红外和太赫兹波段的应用前景。指出可通过完善理论模型、对自启动谐波光频梳的物理机理进行理论解释等方式，提高光频梳的设计效率。展望了环形QCL在孤子通讯、光谱测量等领域的发展方向。

10 真空光镊中纳米粒子的参数反馈冷却实验研究

苏琛 , 胡绍民 , 曹慧杰 , 韩翔 , 肖光宗 , 罗晖

2024(4). DOI: 10.11823/j.issn.1674-5795.2024.04.04

[摘要](843) [HTML](193) [PDF 2.29 M](4587)

摘要:
为了解决真空光镊中粒子稳定捕获等问题，开展了参数反馈冷却纳米粒子质心运动的实验研究，在单光束真空光镊系统中，成功实现了3 mPa气压下直径为200 nm SiO₂粒子的稳定捕获和等效冷却。比较了拟合曲线延伸法、拟合曲线截取法和真实曲线截取法的特点，选取真实曲线截取法评估纳米粒子的等效冷却温度。实验结果表明，粒子单轴质心运动等效温度最低被冷却至约390 mK，相应的力测量极限噪声水平大约降低至原先的3.6%。研究成果为实现基于真空光镊技术的超高灵敏度物理量测量提供了重要参考。

11 国产激光管在磁选态光检测铯原子钟中的应用研究

范利锋 , 李源昊 , 刘晨 , 冯晨 , 李超杰 , 王延辉

2024, 44(3). DOI: 10.11823/j.issn.1674-5795.2024.03.09

[摘要](845) [HTML](223) [PDF 2.61 M](1269)

摘要:
在科学仪器国产化背景下，为了改变磁选态-光检测型铯原子钟仍依赖进口激光管的现状，进行国产DFB-LD激光管在磁选态-光检测铯束管上的应用和外差法拍频测试，并分析其与国外TOPTICA Photonics DFB-LD激光管之间的差别。结果显示：国产激光管线宽为1.999 MHz ± 6 kHz，频率稳定度为1 × 10^-11@100 s，采用国产激光管可以在国产铯束管上实现标准型应用指标（1.45 × 10^-12@100 s），这为进一步提升国产激光管的性能提供了思路和借鉴。未来需要进一步压窄国产激光管线宽，以实现更高的小型铯束钟指标。

12 原子磁力仪中的检测光强噪声补偿方法研究

谢宏泰，，康泽豪

2024(2):40-46. DOI: 10.11823/j.issn.1674-5795.2024.02.05

[摘要](912) [HTML](266) [PDF 1007.88 K](994)

摘要:
为解决原子磁力仪检测光强残余噪声问题，提出了检测光强噪声数字补偿方法。首先根据原子自旋进动检测基本理论，通过光弹调制器和锁相放大器进行线偏光的光旋角检测，利用噪声衰减器对检测光功率进行正弦调制拟合得到补偿系数，然后使用光弹调制器调制频率的二倍频信号对一倍频信号进行后处理修正，实现检测光强噪声压制。得到补偿系数后可将用于幅度调制的硬件甚至前级稳光强装置移除，仅利用数字补偿技术即可实现光强噪声抑制。搭建基于K-Rb-21Ne气室的磁力仪实验装置，在无自旋交换弛豫态（Spin-Exchange Relaxation-Free， SERF）下开展检测光强噪声补偿实验，结果显示光旋角检测信号的噪声被压制了 13. 2 dB@3 Hz。应用此噪声补偿方法，避免了不同光路所引入的非共模噪声，并在前级稳光强的基础上实现了二次稳光强。此补偿方法可进行补偿系数的定期校准，减小系统状态改变及不稳定性带来的影响，对于提升原子磁力仪灵敏度具有重要意义。

13 基于里德堡原子的微波全信息测量

贾凤东 , 郝建海 , 崔越 , 王宇翔 , 刘宇晴 , 王宇 , 尤建琦 , 白金海 , 钟志萍

2024(1). DOI: 10.11823/j.issn.1674-5795.2024.01.01

[摘要](1645) [HTML](298) [PDF 4.17 M](2345)

摘要:
介绍了里德堡原子微波电场传感器的工作原理，阐述了基于里德堡原子测量微波电场强度、相位、极化、频率等信息的技术特点，分析了基于里德堡原子的微波全信息测量的研究现状，探讨了当前绝对自校准测量和连续宽带高灵敏测量面临的困难，指出可以通过外场调控实现测量灵敏度提升和宽带连续频率测量；并可通过各种调制及解调手段简化相位、极化的测量和读取。分析了在热原子系统中利用多光子激发消除多普勒展宽以及采用冷原子消除多普勒展宽对于提升微波测量灵敏度的潜在优势，提出未来可利用里德堡原子的高轨道角动量态、强关联等特性进一步提升里德堡原子微波电场传感器性能。

14 镱离子光钟的多波长数字PID激光稳频系统

韩蕾 , 薛潇博 , 纪仟仟 , 苏亚北 , 陈煜

2023(3). DOI: 10.11823/j.issn.1674-5795.2023.03.12

[摘要](1067) [HTML](303) [PDF 6.16 M](1821)

摘要:
针对镱离子光钟实验中激光冷却并操控离子时，激光器频率漂移影响原子钟系统的问题，基于数字PID控制方法，设计了一种新的多通道频率-数字信号转换稳频方法，将多路多波长激光频率锁定在波长计的参考频率上。对激光器锁定前和锁定后的频率进行一定时长的数据采集及数据对比，激光频率漂移由800 MHz控制在± 0.8 MHz，激光频率稳定度由9.29 × 10^-10@1 s优化至2.79 × 10^-10@1 s，频率千秒稳达到3.85 × 10^-12。该系统简单、易实现，具有小型化、适应性强的优点。

15 基于量子关联的显微成像研究进展

朱孝辉 , 梁小茜 , 谭威 , 黄贤伟 , 白艳锋 , 傅喜泉

2023(3). DOI: 10.11823/j.issn.1674-5795.2023.03.06

[摘要](973) [HTML](347) [PDF 7.72 M](2812)

摘要:
简要回顾了量子关联成像的基本原理和发展历程，从量子光源和经典光源的角度详细介绍了量子关联成像在显微成像中的研究进展。做出了基于经典源的量子关联成像因易于实施、成本较低，在显微成像中更具应用前景的判断。

16 量子关联成像及其雷达应用研究

孙帅 , 何林贵 , 陈鹏 , 鲍可 , 刘伟涛

2023(3). DOI: 10.11823/j.issn.1674-5795.2023.03.07

[摘要](1361) [HTML](331) [PDF 3.37 M](3136)

摘要:
介绍了量子关联成像的物理原理，阐述了量子关联成像灵敏度高、抗干扰能力强、信息获取效率高、能够实现单像素探测成像和无透镜成像的技术特点；探讨了量子关联成像雷达的运动物体成像问题和大气影响应对问题，指出可通过提高采样频率、升级跟踪手段、优化成像策略等方式提升量子关联成像雷达的应用性能；展望了量子关联成像雷达在侦察、预警等领域的发展方向，提出未来通过发展极弱光条件下的成像技术、优化设计照明方式、建立多基站协同体系、发展人工智能算法和多维信息智能融合算法等方式，进一步提升量子关联成像雷达的发现概率、跟踪精度、判别准确度、有效作用距离。

17 量子外差精密测量及微弱信号感知技术综述

关策 , 张子静 , 岑龙柱 , 王志远 , 赵远

2023(3). DOI: 10.11823/j.issn.1674-5795.2023.03.08

[摘要](1094) [HTML](369) [PDF 2.57 M](1853)

摘要:
单光子探测技术和激光外差探测技术是探测微弱光信号的重要手段，通过微弱光信号提取目标多维信息是目前激光感知的重要领域。但是在实际应用中背景噪声以及信号光的退相干，会严重影响单光子探测技术以及外差探测技术对于目标多维信息的感知。在探测微弱光信号时的这些问题通过传统方案很难被有效的解决。量子外差精密测量方法是在单光子探测的基础上结合外差探测的一种新测量方法，可以解决单光子探测探测灵敏度受背景噪声限制的缺点。并且量子外差对本振光强度要求极低，可以有效降低大阵列外差探测对于本振强度的要求。文中进一步总结并分析了量子外差精密测量方法的研究动态。通过现有研究成果的梳理和分析有助于深入理解和把握目前量子外差精密测量方法的研究现状和问题，为量子外差精密测量方法未来发展奠定基础。

18 主动光钟研究进展

张佳 , 史田田 , 缪健翔 , 陈景标

2023(3). DOI: 10.11823/j.issn.1674-5795.2023.03.01

[摘要](2041) [HTML](296) [PDF 1.49 M](1767)

摘要:
自2005年至今，主动光钟经过了近20年的发展。主动光钟利用原子系综作为增益介质，其受激辐射可直接作为钟激光信号。因为主动光钟工作在坏腔区域，因此具有腔牵引抑制和窄线宽两个显著的优点，可以有效克服被动光钟存在的腔长热噪声问题。由于其优越的性能，主动光钟受到了国内外同行的广泛关注。根据实现方式不同，本文将主动光钟划分为原子束型主动光钟、基于激光冷却和光晶格囚禁的主动光钟、原子束及光晶格“复合型”主动光钟、法拉第主动光钟、离子阱囚禁型主动光钟以及热原子气室型主动光钟。对于不同类型的主动光钟，本文详细介绍了其实验及理论研究进展，并分析其优劣。最后，分析了主动光钟在精密测量领域的应用并展望了主动光钟的发展方向，为推动主动光钟的广泛应用提供借鉴。

19 芯片相干布居囚禁原子钟

陈杰华

2023(3). DOI: 10.11823/j.issn.1674-5795.2023.03.05

[摘要](2129) [HTML](361) [PDF 1.31 M](2192)

摘要:
对基于相干布居囚禁（CPT）态原子的芯片级原子钟技术进行了综述，包括CPT原子钟的基本原理、Ramsey-CPT原子钟技术、CPT原子钟的微小型化方案、CPT芯片原子钟的发展等，对其中的关键技术：激光频率调制、Ramsey技术、左右旋圆偏振光泵浦（push-pull）、激光和微波稳频以及微光机电加工系统（MOEMS）等技术进行分析讨论，最终总结出CPT原子钟向着低功耗、芯片化和时钟精度高的方向发展。

20 国产高性能光抽运小铯钟研制进展

贺轩 , 袁志超 , 陈佳源 , 陈徐宗 , 王青 , 齐向晖

2023(3). DOI: 10.11823/j.issn.1674-5795.2023.03.09

[摘要](1939) [HTML](389) [PDF 2.33 M](1485)

摘要:
介绍了北京大学利用光抽运小铯钟相比于传统的磁选态小铯钟有更高的铯原子利用率的优势，在频率稳定度方面取得的突破性进展；总结出了光抽运小铯钟达到高性能的关键因素在于铯束管优值、激光稳频和电路地噪声；最终优化后的光抽运小铯钟频率稳定度均超过了5071A优质管2倍以上，典型值为3 × 10^-12 / τ^1/2；近三年来陆续研制出8台光抽运小铯钟，初步实现了高性能光抽运小铯钟工程化。

21 汞离子微波钟及其研究进展

颜碧波 , 陈义和 , 柳浩 , 佘磊

2023(3). DOI: 10.11823/j.issn.1674-5795.2023.03.10

[摘要](2204) [HTML](389) [PDF 3.33 M](2176)

摘要:
汞离子微波钟是下一代星载原子钟、地面守时原子钟的有力候选者。文章介绍了本团队在汞离子微波钟的离子囚禁、缓冲气体冷却、微波综合器、汞光谱灯等关键技术取得的突破和进展，在此基础上，研制出了小型化汞离子钟整机，其频率稳定度达到了2.3 × 10^-15/10⁵ s，同时开展了分区式线形阱汞离子微波钟的技术研究，实现了离子的高效梭动及系统的闭环锁定，测得频率稳定度3.45 × 10^-13/τ^1/2（τ = 10 ～ 10 000 s），为汞离子微波钟技术的应用奠定了重要基础。

22 可搬运光钟研究进展及展望

潘多 , 刘天宇 , 陈景标

2023(3). DOI: 10.11823/j.issn.1674-5795.2023.03.04

[摘要](2048) [HTML](347) [PDF 2.94 M](2108)

摘要:
将可搬运光钟划分为高精度可搬运光钟、便携式可搬运光钟以及均衡性可搬运光钟三类，分别介绍了三类可搬运光钟的工作原理及国内外研究进展，并从稳定度、不确定度、系统集成度等角度分析了它们的性能优势和发展局限性。在此基础上，展望了可搬运光钟在机动守时授时、测地学、空间探测、微型定位等场景中的应用前景，并提出应通过降低核心激光部件的环境敏感性、提高激光部件与真空系统的稳健性等方式提升高精度可搬运光钟系统的机动性能；应结合真空技术、人工智能等手段提高便携式可搬运光钟的长期稳定性；应通过实验方案的迭代进一步提升均衡性可搬运光钟的精度。

23 基于囚禁离子的微波频标研究进展

秦浩然 , 张建伟 , 王力军

2023(3). DOI: 10.11823/j.issn.1674-5795.2023.03.03

[摘要](1187) [HTML](340) [PDF 1.54 M](1802)

摘要:
微波频标在卫星导航、精密计量、电力、通信等众多领域得到广泛应用，发挥了不可或缺的重要作用。近些年，国际上多家科研单位都在开展新型微波频标的研究，其中基于囚禁离子的微波频标具有高性能和小型化等优势，成为倍受关注的新一代微波频标。本文综述了离子阱微波频标的国内外研究现状，介绍了Penning阱和Paul阱两种常见离子阱的工作原理，以及¹⁹⁹Hg⁺，¹¹³Cd⁺，¹⁷¹Yb⁺等离子微波频标的研究动机、应用领域、技术方案和实现的技术指标。最后，本文对离子阱微波钟在守时钟、星载钟等方面的应用前景进行了展望。

24 不确定度和稳定度达10^-18量级的钙离子光频标

黄垚 , 管桦 , 高克林

2023(3). DOI: 10.11823/j.issn.1674-5795.2023.03.11

[摘要](983) [HTML](327) [PDF 3.22 M](1206)

摘要:
主要回顾了中国科学院精密测量科学与技术创新研究院在液氮低温钙离子光频标的物理系统设计、不确定度评估与稳定度的优化与测量等方面的工作。液氮低温系统为钙离子创造了液氮的温度环境（~ 80 K），极大降低了钙离子光频标的黑体辐射频移，使钙离子光频标的系统不确定度降至3.0 × 10^-18，成为第五种不确定度进入10^-18的原子/离子光频标体系。为了优化钙离子光频标的稳定度，将钟激光频率参考在Ramsey条纹上，并引入了参考条纹判定算法及自动寻峰算法，使钙离子光频标可长期稳定运行，长期稳定度达到6.3 × 10^-18@524 000 s。

25 电学计量中的量子标准与自然常数

刘民 , 屠治国 , 潘攀

2024(1). DOI: 10.11823/j.issn.1674-5795.2024.01.02

[摘要](993) [HTML](272) [PDF 1.15 M](967)

摘要:
介绍了库仑定律和安培定律在电学单位制中发挥的作用，依据机械功率与电功率等效的原理，选择电流单位安培（A）作为基本物理单位，并介绍了实用单位制和电学实物计量标准。阐述了三种电学计量的量子标准原理和溯源到自然常数的途径，分析了真空磁导率在安培定律公式中发挥的作用，探讨了电学量子三角形与欧姆定律兼容的问题。指出基本电荷量常数不是简单地从约瑟夫森常数K_J-90和冯·克里青常数R_H-90推导而来，而是由精细结构常数公式计算出来的，能量守恒原理是单位制中的第一性原理，是力学和电学计量单位的纽带。提出量子点之间的位移电流对单电子隧道泵有一定的影响，真空磁导率不再是理想的常数，真空磁导率的变化将成为后来理论界研究的重点。

26 基于里德堡原子的电场传感技术

陈雪花 , 丛楠 , 罗文浩 , 张笑楠 , 王彦华 , 魏小刚 , 杨仁福

2023(4). DOI: 10.11823/j.issn.1674-5795.2023.04.06

[摘要](1862) [HTML](398) [PDF 3.40 M](6674)

摘要:
概述了基于里德堡原子的电场传感技术的基本原理，分析了里德堡原子电场测量具有的高灵敏度、宽频、可溯源至国际单位制（International System of Units， SI）、高空间分辨力等优势。讨论了激光参数、探测器噪声、环境电磁场干扰等因素对里德堡原子场强测量灵敏度与测量频率响应带宽的影响，介绍了频率调制、重泵浦、参数优化等提高场强测量灵敏度的方式，并阐述了单辅助场原子外差法、双辅助五能级外差法等提升测量频率响应带宽的方法。探讨了里德堡原子电场传感技术在计量、通信、雷达、成像等方面的应用情况，指出应通过优化原子气室结构、设计高性能光电探测器、提升光学腔性能等方式进一步提高里德堡原子电场测量灵敏度；应深入研究里德堡原子电场测量的不确定度来源，并对里德堡原子传感器进行全面的测试和表征；应开展里德堡原子电场测量相关装置的小型化、工程化设计研究，从而进一步提升里德堡原子电场测量技术的实际应用性能。

27 原子磁力仪在异常作用力及类轴子暗物质探测中的应用

赵一心 , 刘曦屿 , 于东睿 , 肖伟 , 彭翔 , 吴腾 , 郭弘

2023(4). DOI: 10.11823/j.issn.1674-5795.2023.04.01

[摘要](1161) [HTML](296) [PDF 1.92 M](1535)

摘要:
简述了异常相互作用力及类轴子暗物质的理论模型，回顾了近年来国内外研究人员使用原子磁力仪和共磁力仪等进行自旋相关的非磁性力探测和暗物质搜寻的技术方案，归纳了迄今为止对自旋和速度相关相互作用、自旋引力相互作用、类轴子暗物质场梯度与核子的耦合强度的探测结果。在此基础上，本文对该领域未来的发展方向进行了展望，通过分析和抑制系统误差、寻找新的探测方案等方法，有望为自旋相关相互作用的耦合参数空间提供更严格的约束，在更广泛的质量范围内对类轴子暗物质与标准模型费米子的耦合给出更严格的界定。

28 原子磁力仪的量子物理基础

李胜 , 周超

2023(4). DOI: 10.11823/j.issn.1674-5795.2023.04.07

[摘要](1373) [HTML](295) [PDF 531.31 K](2103)

摘要:
原子磁力仪是基于量子技术实现的一种精密测量仪器，鉴于其广泛的应用前景，目前成为了国内外热门研究。原子磁力仪中涉及了大量的量子物理原理，对其中一些基础量子物理的掌握，有助于开展并深入研究磁力仪相关工作。作者对原子磁力仪中所涉及的量子物理基础进行阐述，包括：光泵浦、光频移、光探测、原子极化在磁场中的演化以及磁共振等。

29 基于冷原子重力仪的轨道移动绝对重力测量

张旭 , 颜树华 , 李期学 , 章欢开 , 王亚宁 , 杨俊 , 朱凌晓 , 刘纪勋

2023(4). DOI: 10.11823/j.issn.1674-5795.2023.04.11

[摘要](962) [HTML](349) [PDF 3.13 M](1476)

摘要:
绝对重力测量在铁路路基探测等领域发挥着重要作用，但大多数室外移动重力仪结构复杂或精度一般，可使用的范围有限。研制了一套轨道移动绝对重力测量系统，实现了高集成的系统结构设计、自动化的测试流程，开展了实验室及轨道环境下的绝对重力测量，测量结果可靠。首先，在实验室环境下重力测量灵敏度达到了440 μGal?Hz-1/2，测量300 s的误差小于30 μGal。其次，在炎热、嘈杂的室外轨道移动条件下，绝对重力测量不确定度优于15 μGal，与相对重力仪（LG-1）的测量偏差优于40 μGal。最后，轨道环境下的重力测量灵敏度达到707.9 μGal?Hz-1/2。所提出的轨道移动绝对重力测量系统可以在室外条件下进行快速重力测量，为铁路路基探测提供了新的仪器与解决方案。

30 基于移动光晶格布洛赫振荡的原子干涉重力仪

彭鹏 , 董翔宇 , 殷国玲 , 毛德凯 , 熊炜 , 周小计

2023(4). DOI: 10.11823/j.issn.1674-5795.2023.04.10

[摘要](1144) [HTML](301) [PDF 6.14 M](1832)

摘要:
针对目前传统的原子干涉重力仪—马赫-曾德尔型原子重力仪存在体积较大，影响设备便携性的问题，北京大学实现了国内首个基于移动光晶格的布洛赫振荡原理的小型化原子干涉重力仪。本实验系统的采样率达到0.9 Hz，能够满足长期实时测量的需求，且实验系统中原子的竖直位移约为3 cm，灵敏度达到4.6 × 10² μGal·Hz^-1/2，在2 800 s积分时间内，分辨率可以达到6.50.7?μGal。实验成果为原子干涉重力仪的小型化与实用化指明了未来的发展方向。

31 原子干涉仪灵敏度的阿伦方差分析

邓敏 , 李佳佳 , 王柯穆 , 罗晖 , 汪之国

2023(4). DOI: 10.11823/j.issn.1674-5795.2023.04.12

[摘要](1023) [HTML](279) [PDF 8.37 M](1350)

摘要:
针对分析原子干涉仪灵敏度时，采用哪种阿伦方差容易出现混淆的问题，系统地给出了阿伦方差、重叠阿伦方差和修正阿伦方差三种形式在时域和频域中的详细推导，分析了它们对五类典型噪声的分辨能力，指出修正阿伦方差具有更加适合评估原子干涉仪长期稳定性的特点。基于修正阿伦方差在频域中的表达式，文中还首次给出了存在测量死区的原子干涉仪灵敏度与噪声功率谱之间的传递函数，通过分析其特点，指出了提高原子干涉仪灵敏度的两条具体途径，为原子干涉仪技术的进一步发展和评价奠定了更加扎实的理论基础。

32 量子精密测量参数估计优化研究进展

肖太龙 , 曾贵华

2023(4). DOI: 10.11823/j.issn.1674-5795.2023.04.04

[摘要](1242) [HTML](267) [PDF 1.65 M](2664)

摘要:
量子精密测量是利用量子叠加与纠缠、量子相互作用过程与量子测量等方式增强参数估计精度与灵敏度的技术，是在短中期内最具前景的量子技术之一。本文从量子精密测量的最优化研究方案出发，通过对大量的相关文献进行梳理归纳，分析出量子精密测量三大优化方案：量子态制备与测量最优方案、量子演化过程调控方案与经典后处理优化方案，并对三个基本优化方案进行总结分析。同时介绍了国内外量子精密测量技术的最新理论与实验进展。最后，总结了量子精密测量存在的问题与挑战，并对未来工作进行了展望。