2020年6月5438+2月10日，“墨子量子獎”通過網絡發布會公布。繼前兩屆分別頒給量子計算和量子通信領域後，2020年墨子量子獎頒給了量子精密測量領域。復旦大學教授時宇解釋了獲獎者的相關工作。
作者|時宇(復旦大學物理系教授)
2020年墨子量子獎授予量子精密測量領域。獲獎的科學家是在理論上做出貢獻的卡爾頓·凱夫斯、在實驗上做出貢獻的勝人和葉軍。陪審團給出的信息如下。幾年前，LIGO的漢福德探測器也做過壓縮光實驗。對於黑洞或中子星合並產生的引力波(頻率可低至150 Hz)，靈敏度提高了1倍，增加了可探測頻率範圍的寬度。這個精度比之前的可移動光學原子鐘高了1個數量級。他們在戶外工作，通過光纖相互聯系。
對於光學原子鐘的兩種方式，光學晶格可以優於單個離子，但光學晶格上的原子對電場擾動更敏感，產生光學晶格的激光、附近的電荷以及環境中的黑體輻射都可以產生電場擾動。
2003年，項曲秀軍和他的合作者用鍶原子建造了第壹個基於光學晶格的光學原子鐘。在此基礎上，他們加強了光學原子鐘的穩定性，不斷提高其精度。最近精度達到5 10-18。
在最近的工作[20]中，他們首先將鍶原子冷卻到幾K，然後將其放在環形光腔中的1維光晶格上。然後被俘獲的原子被激光推入壹個黑體輻射屏障，將黑體輻射隔離在環境中。在勢壘中，原子完成了最後的冷卻。用於原子鐘的激光器被盡可能精確地調整到躍遷頻率。越精確，躍遷的原子就越多。原子鐘的準確度是通過測量受激原子的數量來確定的。所有的操作都可以通過個人電腦遠程控制。
原子鐘可以用來測量廣義相對論效應，也就是引力差異造成的時間差，也就是引力紅移。據此，目前的GPS衛星定位系統每天調整38皮秒(1皮秒=10-12)。
利用光學原子鐘的高精度，可以檢驗廣義相對論。廣義相對論表明，引力引起的頻率相對變化與引力勢能之差成正比，比例系數是光速平方的倒數。如果測得的比例系數偏離光速平方的倒數，就代表偏離了廣義相對論。
香曲秀君和他的合作者在東京天空塔用他們的兩個可移動的原子鐘測量了引力紅移。他們特意選擇了這個不理想的地方(附近火車引起的震動較大)來展示設備的抗幹擾能力。
他們把壹個原子鐘放在塔下，另壹個放在450米高的地方。根據兩臺光學原子鐘測得的頻率，輔以衛星和激光測得的高度差，以及重力儀測得的各地重力加速度，他們得出了比例系數與光速平方倒數的偏差。相對偏差為1.4 10-5。這是迄今為止該偏差最好的地面測量，比以前的結果精確1個數量級，接近相隔數千公裏的衛星的測量結果。
總結今年墨子量子獎獲獎者的獲獎貢獻。Carton Caves闡述了幹涉儀中的量子噪聲，並提出用壓縮態來抑制它。項曲秀軍和他的合作者建造了第壹個基於光晶格中鍶原子的光學原子鐘，最近又建造了壹個可移動的光學原子鐘，精度為5° 10-18，用於測量引力紅移和檢驗廣義相對論。葉軍和他的合作者利用三維光學晶格中大約10000個鍶原子實現了光學原子鐘，形成了簡並費米氣體。原子的量子相幹保持15秒，相對精度高達2.5 10-19。
參考資料:
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