【儀表網 研發(fā)快訊】近日，中國科學技術大學與合肥國家實驗室盧征天、夏添等人合作，利用光學量子調控方法實現(xiàn)了冷原子共磁力儀。研究團隊將兩種鐿原子同位素共同囚禁在同一光阱中，同步測量其自旋進動，實現(xiàn)了超過3萬倍的磁場噪聲抑制因子。該成果建立了一種具有微米尺度空間分辨率的自旋傳感平臺，為研究與自旋相關的短程相互作用提供了新途徑。相關研究以“Cold-atom comagnetometry via optical control of spin states”為題，8月17日發(fā)表在《自然·光子學》(Nature Photonics)上。
 

　　原子自旋傳感器廣泛應用于精密測量與量子信息科學。共磁力儀同時、同地測量兩種具有不同旋磁比的自旋體系，并對其自旋進動頻率進行比較，消除共模磁場波動效應，同時保留對非磁相互作用引起的自旋態(tài)能級位移的靈敏響應。傳統(tǒng)氣室共磁力儀已在基礎物理檢驗等領域發(fā)揮重要作用，但其空間尺度受氣室尺寸和壁厚限制。相比之下，冷原子可由激光囚禁在微米尺度區(qū)域，具有極高的空間分辨率。
 

　　在本項工作中，研究團隊將171Yb(自旋1/2)與173Yb(自旋5/2)兩種同位素共同囚禁在一維光晶格中，構建了基于純核自旋的冷原子共磁力儀。冷原子系統(tǒng)中實現(xiàn)長時間自旋相干的關鍵挑戰(zhàn)，是抑制光晶格中光頻移引起的退相干效應。對于171Yb，自旋1/2的結構使其天然不受張量光頻移影響；對于高自旋的173Yb，研究團隊利用薛定諤自旋貓態(tài)，使其進動頻率對張量光頻移不敏感。團隊此前已利用這一方法解決了高自旋體系的張量光頻移退相干問題[Nat. Photon. 19, 89 (2025)]。
 

　　在本工作中，研究團隊進一步發(fā)現(xiàn)了殘余張量光頻移與塞曼效應耦合產生的系統(tǒng)效應，利用二階微擾理論對其作出解釋，并通過實驗實現(xiàn)校正。結合矢量和張量光頻移的控制，研究團隊開展了雙同位素同步Ramsey干涉測量，實現(xiàn)長達60秒的自旋相干時間，并獲得超過3×104的磁噪聲抑制因子，同時精確測定了171Yb與173Yb的核磁矩比值。冷原子共磁力儀是一種全新的自旋傳感平臺，為量子增強精密測量、超越標準模型的新物理研究開辟了新路徑。
 

　　合肥微尺度物質科學國家研究中心博士研究生張潔琳、羅煒濤為論文共同第一作者，中國科大微尺度與物理學院盧征天教授、合肥國家實驗室夏添研究員為共同通訊作者。該工作得到了國家自然科學基金委、科技部以及中國科學院的資助。
 

　　引用：中國科大實現(xiàn)冷原子共磁力儀 中國科學技術大學 【引用時間：2026年8月17日】