華科大在量子磁力計領(lǐng)域取得研究進(jìn)展
日前，光學(xué)領(lǐng)域頂級期刊《激光與光子學(xué)評論》(Laser & Photonics Reviews)在線刊發(fā)了物理學(xué)院量子光科學(xué)中心呂新友教授課題組題為“Quantum Magnetometer with Dual-Coupling Optomechanics”的研究論文。我校為論文唯一單位，論文作者包括2018級博士生朱貴蕾（第一作者），引力中心劉京副研究員，量子光科學(xué)中心呂新友和吳穎教授，其中呂新友為論文通訊作者。 ?)4?V\ $
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超高靈敏度的磁場探測在基礎(chǔ)物理學(xué)和先進(jìn)技術(shù)中發(fā)揮著關(guān)鍵作用，如地質(zhì)勘探、航空航天、生物醫(yī)學(xué)診斷和成像等。腔光力系統(tǒng)為量子精密測量提供了重要平臺。與傳統(tǒng)磁力計相比，光力磁力計具有體積小，靈敏度高，易于集成操作等優(yōu)點。近年來，高精尖技術(shù)的發(fā)展對磁場探測的精度提出了更高的要求，利用量子理論提高片上型磁力計的靈敏度成為重要的研究課題。 S_(d9GK <
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圖1.雙耦合光力系統(tǒng)中量子磁強(qiáng)計的示意圖。該磁力計的最優(yōu)靈敏度（綠色實線）以及考慮耗散情況下具體測量的靈敏度（紫色圈）隨壓縮參數(shù)的變化。 !RvRGRSyF
課題組提出了一個基于雙耦合光機(jī)械系統(tǒng)的高精度量子磁力計。在此系統(tǒng)中，輻射壓力耦合將磁信號從機(jī)械振子傳遞到光學(xué)相位，二次光機(jī)械耦合可以誘導(dǎo)機(jī)械振子的周期性壓縮效應(yīng)。他們發(fā)現(xiàn)，這個周期性壓縮效應(yīng)不僅可以指數(shù)放大被測磁信號，而且可以加快信號從聲子到光學(xué)模式的轉(zhuǎn)換率。在光-機(jī)械解耦時間附近，估測磁信號的基本約束被指數(shù)降低，從而使得當(dāng)可控的壓縮參數(shù)r<1時，磁信號參數(shù)估計的最佳精度提高近三個數(shù)量級。該方案對熱噪聲具有魯棒性，并且不需要機(jī)械振子的基態(tài)冷卻。在目前實驗可允許的條件下，該項工作預(yù)言的具體測量的靈敏度可以達(dá)到10-17T/Hz。該方案可以用來探測與機(jī)械振子線性相互作用的不同物理場的強(qiáng)度。通過聯(lián)系雙耦合光機(jī)械學(xué)和量子度量學(xué)，該工作為實現(xiàn)高精度的片上磁場測量提供了新思路和新方法。 . d<W`%[
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圖2.（a）機(jī)械模式的周期性壓縮效應(yīng)；（b）t時刻系統(tǒng)態(tài)的投影；（c）環(huán)境噪聲對經(jīng)典Fisher信息與靈敏度的影響。 }ut]\]b
該工作得到了國家自然科學(xué)基金委項目和科技部重點研發(fā)計劃的支持。 l:B;zi`)oB
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論文鏈接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/lpor.202100636
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