近日，深圳大學(xué)量子精密測(cè)量研究所和物理與光電工程學(xué)院的李朝紅團(tuán)隊(duì)利用貝葉斯量子參數(shù)估計(jì)實(shí)現(xiàn)了冷原子相干布居數(shù)囚禁鐘的閉環(huán)鎖定，主要結(jié)果于2024年10月23日發(fā)表在美國(guó)物理協(xié)會(huì)Physical Review Applied上，并選為編輯推薦文章。編輯認(rèn)為，這一工作為原子鐘鎖定提供了一種高精度方法，并且在基于干涉的量子傳感器件領(lǐng)域存在極有前景的應(yīng)用。

李朝紅團(tuán)隊(duì)基于自主搭建的冷銣原子相干布居數(shù)囚禁鐘，利用貝葉斯量子參數(shù)估計(jì)首次在積分時(shí)間尺度上實(shí)現(xiàn)了海森堡標(biāo)度【T^(-1)】的鐘躍遷頻率測(cè)量，并用于此原子鐘的閉環(huán)鎖定。團(tuán)隊(duì)研究人員通過(guò)設(shè)計(jì)適用于原子鐘鎖定的貝葉斯量子參數(shù)估計(jì)算法【圖（a）】，利用具有指數(shù)增長(zhǎng)積分時(shí)間的拉姆塞干涉測(cè)量序列，同時(shí)在貝葉斯迭代過(guò)程中自適應(yīng)調(diào)節(jié)本地振蕩器的頻率，實(shí)現(xiàn)鐘躍遷頻率的測(cè)量。經(jīng)過(guò)迭代，貝葉斯估計(jì)值趨于鐘躍遷頻率，在積分時(shí)間到達(dá)最大相干時(shí)間前，頻率測(cè)量的靈敏度遵循海森堡標(biāo)度【圖（b）】。進(jìn)一步，利用基于貝葉斯量子參數(shù)估計(jì)的鐘躍遷頻率測(cè)量，將本地振蕩器頻率直接鎖定在原子躍遷頻率上，實(shí)現(xiàn)了原子鐘的貝葉斯閉環(huán)鎖定。相對(duì)于傳統(tǒng)的PID鎖定，利用貝葉斯量子參數(shù)估計(jì)鎖定的原子鐘的穩(wěn)定度提高了5.1(4)dB【圖（c）】。相比美國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)與技術(shù)研究院報(bào)道的穩(wěn)定度1.3*10^(-11)/τ^(1/2)【Appl. Phys. Lett. 111, 224102 (2017)】、英國(guó)斯特拉斯克萊德大學(xué)報(bào)道的穩(wěn)定度2*10^(-11)/τ^(1/2)【Optics Express 27, 38361 (2019)】和中國(guó)計(jì)量科學(xué)研究院報(bào)道的穩(wěn)定度2.4*10^(-11)/τ^(1/2)【Chin. Phys. B 31, 043201 (2022)】，李朝紅團(tuán)隊(duì)利用貝葉斯量子參數(shù)估計(jì)得到的穩(wěn)定度為4.3*10^(-12)/τ^(1/2)，是目前冷原子相干布居數(shù)囚禁鐘的最高穩(wěn)定度。此外，基于貝葉斯量子參數(shù)估計(jì)的原子鐘鎖定對(duì)技術(shù)噪聲具有極好的魯棒性。

該成果以“Atomic clock locking with Bayesian quantum parameter estimation: Scheme and experiment”為題發(fā)表在Physical Review Applied上，深圳大學(xué)為第一單位和通訊作者單位，深圳大學(xué)助理教授韓成銀、中山大學(xué)博士生馬翥和湖北師范大學(xué)講師邱宇翔為共同第一作者，深圳大學(xué)李朝紅教授、鹿博副教授和中山大學(xué)黃嘉豪副教授為共同通訊作者。該研究得到了國(guó)家自然科學(xué)基金委員會(huì)、科技部和廣東省科技廳等機(jī)構(gòu)的資助。

論文鏈接：https://journals.aps.org/prapplied/abstract/10.1103/PhysRevApplied.22.044058