美國JILA實驗室的研究人員提高了其“鑷子原子鐘”的信號功率，并首次對性能進行了測量，證明該“鑷子鐘”的穩(wěn)定性已接近新一代原子鐘的最好水平。這種原子鐘使用激光鑷子捕獲、控制和隔離原子，為利用量子物理提高鐘的性能以及量子信息處理、量子模擬和測量科學(xué)中的未來應(yīng)用提供了獨特的可能性。該項成果發(fā)表在新一期《自然》雜志上。

研究人員通過比較鑷子鐘的兩個不同區(qū)域來測量其穩(wěn)定性，其性能接近JILA的3D鍶晶格鐘（通過兩個光晶格鐘之間的常規(guī)比對能夠驗證3D系統(tǒng)的穩(wěn)定性）。 

圖：JILA的鑷子鐘使用光鑷控制多個鍶原子

研究人員稱，此項工作的重要突破是找到了一種保持量子相干性同時制備多個原子的方法，原子數(shù)比去年增加了30倍，足夠多的原子能夠?qū)崿F(xiàn)自我比較和更長相干時間的觀察。此外，結(jié)合了可擴展性、相干性和單粒子控制的方法，還為量子信息處理和模擬建立了體系。

像普通金屬鑷子一樣，激光鑷子可以精確控制單個原子。擁有數(shù)百個原子的鑷子鐘具有信號強和穩(wěn)定性高的特點，研究人員下一步還將把目標(biāo)提高到上千個原子。

除計時之外，研究人員期待將鑷子平臺用于量子計算和模擬以及可編程量子傳感器。光學(xué)鑷子可用來“糾纏”原子，“量子糾纏”能夠提高鐘和傳感器的測量靈敏度，還可能用于量子邏輯運算和量子處理模擬。

該項工作得到了美國軍研辦公室，美國空軍科學(xué)研究所，美國國防先進研究計劃署，JILA國家科學(xué)基金會物理前沿中心和美國國家標(biāo)準(zhǔn)與技術(shù)研究院（NIST）的支持。

（譯：車薇娜 / 圖：JILA）