Challenges
Datasets
Workspaces
Papers
Discussions
Leaderboard
Log inSign up
Challenges
Datasets
Workspaces
Papers
Discussions
Leaderboard
Blog
Job Board
Q3AS

© 2026 Aqora Quantum S.A.S.

TermsPrivacyLegal Notice

Laser & Optoelectronics Progress

原子磁力仪的研究进展与发展趋势

宗昕冉 Zong Xinran, 陈海军 Chen Haijun

Published Jan 1, 2025• 0 citations
Publisher

Abstract

原子磁力仪作为一种用于精确测量磁场的仪器，在基础物理、地球科学、生物医学等多个领域发挥着重要作用。针对原子磁力仪的技术发展进行了全面综述，包括主要分类、基本特征，并重点介绍了碱金属光泵浦磁力仪、相干布居囚禁原子磁力仪、无自旋交换弛豫原子磁力仪，以及非线性磁光旋转原子磁力仪等仪器的研究现状与发展趋势。首先介绍了基于经典物理原理和量子效应原理的磁力仪分类；然后详细讨论了4种量子效应原子磁力仪的工作原理、灵敏度、动态范围、带宽等关键性能指标，以及它们在不同应用场景下的优势和挑战；最后，探讨了这些磁力仪技术的未来发展方向，包括微型化、集成化、矢量磁场测量能力的提升，以及在生物医学成像、地球物理勘探等领域的潜在应用。

DOI
10.3788/lop242262

Related papers

量子纠缠在量子精密测量中的应用研究进展

Wanhe CHEN, 北京航空航天大学 仪器科学与光电工程学院，北京 100191, Yuting XU +6 more

量子纠缠叩开了量子精密测量精度突破标准量子极限的大门，当初始探针中的粒子态使用非经典资源时，量子精密测量精度能够逼近海森堡极限，显著提升测量的灵敏度。量子纠缠已在冷原子、囚禁离子和热原子等量子系统中展现出突破标准量子极限的强大潜力，有望推动物理学前沿发展和技术的创新进步。本文阐述量子纠缠增强量子精密测量领域的理论框架、纠缠对于测量的影响、纠缠态制备机理及量子传感器前沿应用。最后，对该领域进行了总结和展望。

Journal of Applied Optics•Jan 1, 2025•1 citation

里德堡原子微波测量系统中原子渡越噪声的研究

杨雪洲 Xue-zhou YANG, 曾国晋 Guo-jin ZENG, 李捷 Jie LI +5 more

基于里德堡原子的微波测量方法具有突破传统电子学测量系统热噪声极限的潜力，已成为最具潜力的微波量子测量技术之一。然而，原子系统中存在的各种噪声限制了测量灵敏度的提升。本文主要对基于里德堡原子超外差测量系统中存在的原子渡越噪声进行了研究。首先介绍了基于里德堡原子超外差技术的微波测量原理；然后，详细研究了原子热运动产生的渡越噪声对基于原子微波测量的影响。研究表明，渡越噪声的频率影响范围与激发光腰斑的大小成反比，且噪声强度随探测光强度的增加具有先增大后趋于饱和的现象。最后，我们展示了原子渡越噪声对测量灵敏度的影响。此工作对提升里德堡原子微波测量系统的灵敏度具有重要意义。

Acta Sinica Quantum Optica•Jan 1, 2024•1 citation

多体高维量子导引的检测及制备（特邀）

项玉 Xiang Yu, 马倩倩 Ma Qianqian, 张啸林 Zhang Xiaolin +2 more

量子导引是一种特殊形式的量子关联，介于纠缠不可分性和非定域性之间。量子导引具有天然的不对称性，是实现更安全且单方设备不依赖的量子密钥分发、量子隐形传态、量子秘密共享的重要资源，近年来引起理论和实验层面的高度关注。随着量子技术的不断发展，对微观体系量子特性的研究向多体、高维、非高斯等复杂量子系统拓展。在这些复杂量子体系内制备的纠缠态在高速运算、增大信息容量、提升信息安全性等方面有着巨大的应用价值和重要的科学意义，相关研究成为量子物理与量子信息领域的科技前沿。本文首先介绍了量子导引的概念；然后，将该定义拓展至多体高维系统，并着重介绍了量子导引在这些复杂量子态中的分配约束和非对称导引结构等性质，回顾了相关实验制备方案和进展；最后，对该方向目前的研究难点及挑战进行了分析。

Acta Optica Sinica•Jan 1, 2025•0 citations

腔量子电动力学中光子阻塞效应的研究进展（特邀）

唐静 Tang Jing, 邓元刚 Deng Yuangang

光子阻塞效应是腔量子电动力学中的核心非线性现象，通过抑制多光子激发实现单光子或光子束的确定性调控，为量子信息科学的发展提供了关键物理手段。当前研究主要聚焦于常规光子阻塞与非常规光子阻塞两大机制：前者依赖原子-腔强耦合诱导的非谐性能级劈裂，通过能谱非均匀性有效抑制多光子跃迁；后者则利用多路径间的破坏性量子干涉效应，即便在弱耦合条件下也能抑制双光子激发，从而显著降低了对强非线性的需求。两者的协同作用可进一步优化光子阻塞的性能，显著提升阻塞效率。近年来，该领域研究不断拓展至非互易光子阻塞、非线性耗散调控等方向，不仅为理解量子光学中的非线性行为提供了更丰富的理论框架，也为量子信息处理、量子计算和量子精密测量等应用奠定了技术基础。此外，多光子阻塞及其扩展机制的研究也为发展多光子量子技术提供了重要支撑。本综述系统梳理了单光子阻塞、多光子阻塞及其拓展机制的实现方案与最新研究进展，重点探讨其在单光子源、量子信息处理及量子网络等前沿领域的潜在应用。最后，展望了光子阻塞效应未来的发展方向，包括新型非常规光子阻塞机制的探索，以及其在大规模量子信息系统中的应用前景。

Laser & Optoelectronics Progress•Jan 1, 2025•3 citations

量子导引理论与实验的最新进展（特邀）

刘童俊 Liu Tongjun, 李剑 LI Jian, Qin Wang

量子导引是量子世界中的一种重要资源，代表了一种介于量子纠缠和贝尔非局域性之间的非经典关联，具有独特的非对称性，在基础物理和应用科学方面均具有重要的研究价值。本文主要对量子导引的基本性质、发展现状，以及未来发展趋势进行了详细的介绍和总结。通过对不同自由度的离散、连续变量量子导引的介绍，揭示其所包含的丰富物理内涵；通过对高维量子导引特性的讨论，展示了其在抗噪声方面的优异性能；通过对量子导引在量子网络、单边设备无关量子密钥分发、量子随机数和量子通信等方向的应用介绍，展现了其在未来量子产业发展方面的巨大潜力。随着量子科技的进步以及人工智能等跨学科方法的引入，量子导引有望在推进量子信息技术的发展和产业落地等方面发挥出重要作用。

Laser & Optoelectronics Progress•Jan 1, 2025•1 citation

集成2D MOT式横向冷却的小型化塞曼减速装置

王德众 De-zhong WANG, 刘晓勇 Xiao-yong LIU, 李杰 Jie LI +3 more

在锶原子光钟系统中，从原子炉喷出的锶原子气体需要经过塞曼减速器进行预冷却，由于径向速度较大的原子会脱离塞曼减速光作用区域，因此还需要对原子进行横向冷却。为实现塞曼减速器和横向冷却装置的小型化、集成化，并降低系统功耗，设计了总长度为95 mm的永磁体阵列塞曼减速器，可在67 mm的减速区域内将轴向速度260 m/s的原子减速至50 m/s，由40个小磁体固定在支架上构成减速磁场。横向冷却基于二维磁光阱原理，径向梯度磁场由塞曼减速器提供，位于轴向磁场零点处，σ+-σ-的光场通过集成到塞曼减速器内的折叠光学实现。根据原子束流轴向速度分布的测量结果，对集成横向冷却的塞曼减速装置进行了性能评估：从410 ℃的原子炉喷出的高温锶原子气体，速度在50 m/s以下的低速原子占比为0.5%，经过塞曼减速光减速后，低速原子比例提高到2.4%，横向冷却可将低速原子比例进一步提高到4.8%。在560 ms的装载时间内，一级冷却阶段俘获了8.0×105的87Sr原子，为实现高性能的小型化锶原子光钟提供了参考。

Acta Sinica Quantum Optica•Jan 1, 2024•0 citations
原子磁力仪作为一种用于精确测量磁场的仪器，在基础物理、地球科学、生物医学等多个领域发挥着重要作用。针对原子磁力仪的技术发展进行了全面综述，包括主要分类、基本特征，并重点介绍了碱金属光泵浦磁力仪、相干布居囚禁原子磁力仪、无自旋交换弛豫原子磁力仪，以及非线性磁光旋转原子磁力仪等仪器的研究现状与发展趋势。首先介绍了基于经典物理原理和量子效应原理的磁力仪分类；然后详细讨论了4种量子效应原子磁力仪的工作原理、灵敏度、动态范围、带宽等关键性能指标，以及它们在不同应用场景下的优势和挑战；最后，探讨了这些磁力仪技术的未来发展方向，包括微型化、集成化、矢量磁场测量能力的提升，以及在生物医学成像、地球物理勘探等领域的潜在应用。
量子纠缠叩开了量子精密测量精度突破标准量子极限的大门，当初始探针中的粒子态使用非经典资源时，量子精密测量精度能够逼近海森堡极限，显著提升测量的灵敏度。量子纠缠已在冷原子、囚禁离子和热原子等量子系统中展现出突破标准量子极限的强大潜力，有望推动物理学前沿发展和技术的创新进步。本文阐述量子纠缠增强量子精密测量领域的理论框架、纠缠对于测量的影响、纠缠态制备机理及量子传感器前沿应用。最后，对该领域进行了总结和展望。
基于里德堡原子的微波测量方法具有突破传统电子学测量系统热噪声极限的潜力，已成为最具潜力的微波量子测量技术之一。然而，原子系统中存在的各种噪声限制了测量灵敏度的提升。本文主要对基于里德堡原子超外差测量系统中存在的原子渡越噪声进行了研究。首先介绍了基于里德堡原子超外差技术的微波测量原理；然后，详细研究了原子热运动产生的渡越噪声对基于原子微波测量的影响。研究表明，渡越噪声的频率影响范围与激发光腰斑的大小成反比，且噪声强度随探测光强度的增加具有先增大后趋于饱和的现象。最后，我们展示了原子渡越噪声对测量灵敏度的影响。此工作对提升里德堡原子微波测量系统的灵敏度具有重要意义。
量子导引是一种特殊形式的量子关联，介于纠缠不可分性和非定域性之间。量子导引具有天然的不对称性，是实现更安全且单方设备不依赖的量子密钥分发、量子隐形传态、量子秘密共享的重要资源，近年来引起理论和实验层面的高度关注。随着量子技术的不断发展，对微观体系量子特性的研究向多体、高维、非高斯等复杂量子系统拓展。在这些复杂量子体系内制备的纠缠态在高速运算、增大信息容量、提升信息安全性等方面有着巨大的应用价值和重要的科学意义，相关研究成为量子物理与量子信息领域的科技前沿。本文首先介绍了量子导引的概念；然后，将该定义拓展至多体高维系统，并着重介绍了量子导引在这些复杂量子态中的分配约束和非对称导引结构等性质，回顾了相关实验制备方案和进展；最后，对该方向目前的研究难点及挑战进行了分析。
光子阻塞效应是腔量子电动力学中的核心非线性现象，通过抑制多光子激发实现单光子或光子束的确定性调控，为量子信息科学的发展提供了关键物理手段。当前研究主要聚焦于常规光子阻塞与非常规光子阻塞两大机制：前者依赖原子-腔强耦合诱导的非谐性能级劈裂，通过能谱非均匀性有效抑制多光子跃迁；后者则利用多路径间的破坏性量子干涉效应，即便在弱耦合条件下也能抑制双光子激发，从而显著降低了对强非线性的需求。两者的协同作用可进一步优化光子阻塞的性能，显著提升阻塞效率。近年来，该领域研究不断拓展至非互易光子阻塞、非线性耗散调控等方向，不仅为理解量子光学中的非线性行为提供了更丰富的理论框架，也为量子信息处理、量子计算和量子精密测量等应用奠定了技术基础。此外，多光子阻塞及其扩展机制的研究也为发展多光子量子技术提供了重要支撑。本综述系统梳理了单光子阻塞、多光子阻塞及其拓展机制的实现方案与最新研究进展，重点探讨其在单光子源、量子信息处理及量子网络等前沿领域的潜在应用。最后，展望了光子阻塞效应未来的发展方向，包括新型非常规光子阻塞机制的探索，以及其在大规模量子信息系统中的应用前景。
量子导引是量子世界中的一种重要资源，代表了一种介于量子纠缠和贝尔非局域性之间的非经典关联，具有独特的非对称性，在基础物理和应用科学方面均具有重要的研究价值。本文主要对量子导引的基本性质、发展现状，以及未来发展趋势进行了详细的介绍和总结。通过对不同自由度的离散、连续变量量子导引的介绍，揭示其所包含的丰富物理内涵；通过对高维量子导引特性的讨论，展示了其在抗噪声方面的优异性能；通过对量子导引在量子网络、单边设备无关量子密钥分发、量子随机数和量子通信等方向的应用介绍，展现了其在未来量子产业发展方面的巨大潜力。随着量子科技的进步以及人工智能等跨学科方法的引入，量子导引有望在推进量子信息技术的发展和产业落地等方面发挥出重要作用。
在锶原子光钟系统中，从原子炉喷出的锶原子气体需要经过塞曼减速器进行预冷却，由于径向速度较大的原子会脱离塞曼减速光作用区域，因此还需要对原子进行横向冷却。为实现塞曼减速器和横向冷却装置的小型化、集成化，并降低系统功耗，设计了总长度为95 mm的永磁体阵列塞曼减速器，可在67 mm的减速区域内将轴向速度260 m/s的原子减速至50 m/s，由40个小磁体固定在支架上构成减速磁场。横向冷却基于二维磁光阱原理，径向梯度磁场由塞曼减速器提供，位于轴向磁场零点处，σ+-σ-的光场通过集成到塞曼减速器内的折叠光学实现。根据原子束流轴向速度分布的测量结果，对集成横向冷却的塞曼减速装置进行了性能评估：从410 ℃的原子炉喷出的高温锶原子气体，速度在50 m/s以下的低速原子占比为0.5%，经过塞曼减速光减速后，低速原子比例提高到2.4%，横向冷却可将低速原子比例进一步提高到4.8%。在560 ms的装载时间内，一级冷却阶段俘获了8.0×105的87Sr原子，为实现高性能的小型化锶原子光钟提供了参考。