中國科大在極弱磁場量子精密測量領(lǐng)域取得重要進(jìn)展

中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)中國科學(xué)院微觀磁共振重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室彭新華教授、江敏副教授團(tuán)隊(duì)在極弱磁場量子精密測量領(lǐng)域取得重要進(jìn)展，首次利用暗態(tài)自旋實(shí)現(xiàn)極弱磁場的量子放大，磁場放大倍數(shù)突破5000倍，單次磁場測量精度達(dá)到0.1fT水平。相關(guān)研究成果以“Observation of Magnetic Amplification Using Dark Spins”為題發(fā)表于國際著名學(xué)術(shù)期刊《美國國家科學(xué)院院刊》（PNAS）。 Rd,5&X$  
極弱磁場探測技術(shù)是21世紀(jì)現(xiàn)代探測技術(shù)的重要組成部分，對于生產(chǎn)生活、國家安全以及基礎(chǔ)研究均具有重要意義，包括心腦磁生物醫(yī)學(xué)診斷、地質(zhì)勘探、分子結(jié)構(gòu)測量以及暗物質(zhì)探測等多個(gè)交叉科學(xué)應(yīng)用。不斷提升磁場測量精度一直是弱磁測量領(lǐng)域的核心目標(biāo)，特別是如何在復(fù)雜的環(huán)境噪聲和技術(shù)噪聲下，突破當(dāng)前磁場的測量極限，是極弱磁場探測領(lǐng)域的重大挑戰(zhàn)。量子放大利用原子、分子及粒子的自旋等可以實(shí)現(xiàn)微弱電磁場的超低噪聲量子放大，在諸多前沿科學(xué)應(yīng)用場景如微波激射器、激光器及原子鐘等精密測量領(lǐng)域發(fā)揮著重要作用。其中，彭新華教授團(tuán)隊(duì)在2021年首次發(fā)現(xiàn)氣態(tài)原子自旋對極弱磁場的放大現(xiàn)象[Nat. Phys. 17, 14021407 (2021)]，并且將磁場放大與原子磁力計(jì)相結(jié)合，磁場測量靈敏度提升到fT水平[Sci. Adv.7,eabi9535 (2021), Phys. Rev. Lett. 129, 051801 (2022), Sci. Adv. 9, eade0353 (2023)]。盡管如此，自旋量子放大還遠(yuǎn)未發(fā)揮出它全部的潛力，主要是由于氣態(tài)自旋的初始化、相干時(shí)間和讀出靈敏度相關(guān)的約束，使得自旋量子放大的性能受到限制，特別是在測量帶寬、工作頻率和放大增益等方面。克服這些局限對于釋放量子放大的全部潛力并使其在更廣泛的應(yīng)用中得到充分利用至關(guān)重要。 G~{#%i