[发明专利]一种腔耦合原子系统制备自旋压缩态的方法

说明书

本发明公开一种腔耦合原子系统制备自旋压缩态的方法，包括：提供一腔耦合原子系统，所述腔耦合原子系统具有其原子自旋态依赖于原子相互作用的能级结构；向所述腔耦合原子系统施加偏置磁场或者激光，以使原子能量移动，产生非厄米自旋相互作用；记录来自所述腔耦合原子系统的自旋波动信号，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，测量自旋压缩参数小于1时的自旋压缩性质，以产生自旋压缩态。本发明的优点是：实验可操作性强，利用腔与原子相互作用，易于操控原子系统状态，实现的非厄米作用不仅未破坏自旋压缩态，反而维持了自旋压缩效应稳定存在的反直觉物理机制，该方法应用范围广泛。

技术领域

本发明属于量子精密测量技术领域，特别是一种腔耦合原子系统制备自旋压缩态的方法。

背景技术

随着激光技术以及离子或原子囚禁技术的发展，实现了对微观粒子的精密操控。原子频标技术基于对原子跃迁的精确操控，以跃迁频率作为鉴频信号获得超高精度的时间频率标准。基于微波频段的原子频标，测量不确定度达到了10^-16量级，已经广泛应用于卫星导航、空间探测、网络通信等领域，对国防、军事、金融等领域发挥重要作用。

谐振腔能够产生一系列高频电磁场，同时能够在腔内持续振荡，具有高品质因数。谐振腔产生的高频电磁场与原子相互作用，能够激发原子的能级转变，对原子系统的状态进行操控。结合谐振腔和激光同时作用于原子系统，可实现对原子状态的精密操控。

在新国际单位制的七个基本物理量中，除摩尔之外其他六个国际单位均以“秒”为基础，在众多基本参数中处于中心位置。迄今为止，随着技术的进一步发展，发展的基于光学频段的原子频标，测量不确定度达到了10^-19量级，逼近标准量子极限。为了进一步突破该极限，实现更高精度的精密测量，需要采用新的量子效应及原理，而压缩效应是一种重要的方法。光频标以激光与原子相互作用为基础，原子系统的多能级能够等效的表示为多自旋系统。在光频标中，为了进一步提高测量精度，突破标准量子极限，能够采用自旋压缩的方法。通过将原子的状态制备在自旋压缩态，具有量子纠缠效应，提高物理参量的测量精度。腔耦合原子系统产生非厄米相互作用，非厄米作用通常为退相干、耗散等作用，通常会破坏量子关联、量子纠缠特性，引起系统状态改变，因此，亟待一种腔耦合原子系统制备自旋压缩态的方案来更加全面的测量物理系统的状态演化。

发明内容

本发明的目的在于提供一种腔耦合原子系统制备自旋压缩态的方法，解决维持自旋压缩效应、纠缠效应稳定存在的问题。

有鉴于此，本发明提供一种腔耦合原子系统制备自旋压缩态的方法，其特征在于，包括：

提供一腔耦合原子系统，所述腔耦合原子系统具有其原子自旋态依赖于原子相互作用的能级结构；

向所述腔耦合原子系统施加偏置磁场或者激光，以使原子能量移动，产生非厄米自旋相互作用；

记录来自所述腔耦合原子系统的自旋波动信号，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，测量自旋压缩参数小于1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，所述原子自旋态包括量子相干态。

进一步地，测量自旋压缩参数稳定时的自旋压缩性质，包括：确定制备自旋压缩态的实验参数的步骤。

进一步地，所述确定制备自旋压缩态的实验参数通过Matlab程序计算得到。

进一步地，还包括：通过计算本征态得到制备自旋压缩态的最佳实验参数。

进一步地，所述能级结构采用超精细能级。