鍶原子光晶格鐘平臺(tái)上***觀測(cè)到弗洛凱準(zhǔn)粒子干涉效應(yīng)

  作為下一代時(shí)間標(biāo)準(zhǔn)的重要候選者之一，鍶原子光晶格鐘平臺(tái)具有***穩(wěn)定性和超高準(zhǔn)確性等特點(diǎn)，它也是量子精密測(cè)量的利器，可精確探測(cè)相對(duì)論紅移效應(yīng)以及引力波等。根據(jù)弗洛凱（Floquet）理論，當(dāng)一個(gè)量子系統(tǒng)被周期性驅(qū)動(dòng)時(shí)，會(huì)激發(fā)出弗洛凱準(zhǔn)粒子；如果采用兩種不同的模式同時(shí)驅(qū)動(dòng)，所產(chǎn)生的弗洛凱準(zhǔn)粒子間的相對(duì)相位可導(dǎo)致量子干涉效應(yīng)。但至今，人們一直未觀測(cè)到這種量子干涉效應(yīng)。

  最近，來自重慶大學(xué)物理學(xué)院的汪濤博士和張學(xué)鋒教授帶領(lǐng)的理論團(tuán)隊(duì)，與中國(guó)科學(xué)院國(guó)家授時(shí)中心常宏研究員帶領(lǐng)的實(shí)驗(yàn)團(tuán)隊(duì)緊密合作，在國(guó)際上***觀測(cè)到弗洛凱準(zhǔn)粒子的干涉效應(yīng) [1]。實(shí)驗(yàn)裝置圖如圖1(a)所示，其中鍶原子被冷卻到3μK，并被囚禁在光晶格中。當(dāng)晶格激光頻率被周期性驅(qū)動(dòng)時(shí)，鍶原子會(huì)被激發(fā)出的弗洛凱準(zhǔn)粒子所包圍，在這些弗洛凱準(zhǔn)粒子的輔助作用下，鍶原子會(huì)在其能級(jí)與鐘激光頻率不匹配的情況下發(fā)生躍遷。如果同時(shí)驅(qū)動(dòng)晶格激光和探測(cè)激光，激發(fā)出的弗洛凱準(zhǔn)粒子間的初始相位差會(huì)導(dǎo)致干涉效應(yīng)。因此，初始相位差的調(diào)控便成為了實(shí)驗(yàn)成功的關(guān)鍵。為此，需要將驅(qū)動(dòng)頻率限制在百赫茲量級(jí)甚至以下。

  在課題組所采用的鍶原子光晶格鐘平臺(tái)中，鐘激光的頻率可達(dá)到驚人的毫赫茲級(jí)別 [2]，為實(shí)驗(yàn)成功奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。此項(xiàng)研究成果不僅有助于深入地理解弗洛凱理論，同時(shí)也實(shí)現(xiàn)了光晶格鐘平臺(tái)上量子模擬從“0”到“1”突破。作為應(yīng)用，如果將相對(duì)相位與量子材料中的動(dòng)量相對(duì)應(yīng)，則可將描述系統(tǒng)的哈密頓量與描述長(zhǎng)程相互作用的Su-Schrieffer-Heeger模型完全對(duì)應(yīng)起來，從而很好地模擬高拓?fù)鋽?shù)的一維拓?fù)浣^緣體。