[发明专利]一种冷原子系统自旋压缩态的制备方法

说明书

本发明公开一种冷原子系统自旋压缩态的制备方法，包括：提供一两分量自旋系统，其包括二维势阱，所述二维势阱具有其原子自旋态依赖于原子相互作用的能级结构；向所述二维势阱施加拉曼光，以使所述二维势阱中由原子相互作用等效产生的自旋相互作用不为零；记录来自二维势阱的自旋波动信号，从所述自旋波动信号中确定自旋压缩的变化情况；根据所述自旋压缩的变化情况，测量自旋压缩参数最小时的自旋压缩性质，以产生自旋压缩态。本发明的优点是：实现简单，突破量子系统测量极限的限制，为提高量子精密测量精度提供新的方法，使得自旋压缩态更加稳定。

技术领域

本发明属于量子精密测量技术领域，特别是一种冷原子系统自旋压缩态的制备方法。

背景技术

量子精密测量基于对原子、分子或离子等微观粒子的精密操控，利用微观系统结构稳定 且不易受外界干扰的优势，将物理量的测量精度极大程度提升，在计量中发挥了巨大的作用， 推动了计量技术革新，广泛应用于国防、军事、通信、金融及贸易等领域。

冷原子系统是利用激光冷却技术，原子达到极低温度，可实现对原子系统的精密操控。 迄今为止，最精密的光频标基于冷原子或冷离子囚禁技术，基于Al⁺光频标对秒的测量不确 定度达到10^-19量级。超冷原子系统已经广泛应用于量子精密测量、量子计算、量子模拟等领 域。

量子系统的测量精度受到海森堡不确定度等物理条件的限制，采用传统的测量手段所能 达到的测量精度有限，且基于对原子或离子的精确操控，利用光学原子频标技术，国际基本 单位“秒”的测量精度已经达到了10-19量级，逼近所能达到的测量极限，即标准量子极限， 迫切需要提出新的方法突破该限制。自旋压缩态是一种多体纠缠态，众多研究表明自旋压缩 态可以通过原子或离子间相互作用诱导产生，然而由于退相干等作用，极易破坏由原子相互 作用产生的量子纠缠等性质，从而导致自旋压缩效应的失效。因此，亟待提供一种方法能够 突破上述标准量子极限的限制，为进一步提高系统的测量精度提供新思路。

发明内容

本发明的目的在于提供一种冷原子系统自旋压缩态的制备方法，解决如何突破量子极限 的问题。

有鉴于此，本发明提供一种冷原子系统自旋压缩态的制备方法，其特征在于，包括：

提供一两分量自旋系统，其包括二维势阱，所述二维势阱具有其原子自旋态依赖于原子 相互作用的能级结构；

向所述二维势阱施加拉曼光，以使所述二维势阱中由原子相互作用等效产生的自旋相互 作用不为零；

记录来自二维势阱的自旋波动信号，从所述自旋波动信号中确定自旋压缩的变化情况；

根据所述自旋压缩的变化情况，测量自旋压缩参数最小时的自旋压缩性质，以产生自旋 压缩态。

进一步地，所述自旋压缩参数为垂直于平均自旋方向时的最小自旋波动与自旋平均值的 比值。

进一步地，所述原子相互作用为种内相互作用，包括质量及自旋相同的原子之间的相互 作用。

进一步地，所述原子相互作用为种间相互作用，包括质量或者自旋不同的原子之间的相 互作用。

进一步地，所述能级结构采用超精细能级。

进一步地，所述原子自旋态包括自旋向上状态，位于超精细能级的上能级。

进一步地，所述原子自旋态包括自旋向下状态，位于超精细能级的下能级。

本发明的另一目的在于提供一种冷原子系统自旋压缩态的制备方法，其特征在于，包括：

提供一多分量自旋系统，其包括至少一二维势阱，所述二维势阱具有其原子自旋态依赖 于原子相互作用的能级结构；