Quantum spectroscopy of single spins assisted by a classical clock
单二能级系统的量子光谱学大大提高了我们探测微弱信号的能力。最近人们意识到，对于经典信号，量子光谱学的精度和分辨率主要受到信号的相干性和用于测量时间的时钟的稳定性的限制。量子探针的相干时间可以明显更短，不是分辨率测量的主要限制因素。在这里，我们解决了量子信号光谱学的类似问题，例如量子传感器用于检测单个核自旋。我们提出并分析了一种新的相关光谱技术的性能是有限的目标自旋的相干时间和时钟的稳定性。
2018-07-28 quant-ph
Probing beyond the laser coherence time in optical clock comparisons
我们开发差分测量协议，规避激光噪声限制的光学时钟比较的稳定性，通过同步探测两个时钟使用锁相本地振荡器。这允许探测时间长于激光相干时间，避免迪克效应，并支持海森堡限制的测量精度。我们提出了这样的频率比较协议，并开发了数值模拟的协议与现实的噪声源。这些方法提供了一种途径，以减少频率比测量持续时间超过一个数量级。
2016-04-12 physics.atom-ph quant-ph
Interspecies clock comparison below $5 \times 10^{-18}$ uncertainty with a transportable clock
Physikalisch-Technische Bundesanstalt（德国物理技术研究院）
该研究通过可搬运光钟与固定单离子钟开展近2年的跨物种钟比对，测得光频比不确定度达4.3×10^-18，提升了3倍以上，验证了可搬运钟用于计时测地及跨机构钟比对的可行性。
2026-08-04 physics.atom-ph quant-ph
Quantum-amplified global-phase spectroscopy on an optical clock transition
针对光学晶格钟受标准量子极限限制的问题，提出基于全局 Aharanov–Anandan 相位的 Rabi 型 GPS，并用旋转回波与差分测量实现抗噪声、可扩展的量子放大时间反演光谱。
2025-10-03 physics.atom-ph quant-ph
Synthetic Frequency Protocol in the Ramsey Spectroscopy of Clock Transitions
我们开发了一种通用的方法，以显着抑制探针诱导的任何类型的原子钟使用拉姆齐光谱的位移。我们的方法是基于适应的合成频率的概念[V. I。Yudin等人，物理修订信函107，030801（2011）]（先前针对BBR移位抑制而开发的）与Ramsey光谱法的比较，其中使用针对不同暗时间间隔的询问。该方法的普适性在于可能的Ramsey格式的任意性。然而，大多数极端的结果是结合所谓的超拉姆齐光谱[V. I。Yudin等人，A82，011804（R）（2010）]。在后一种情况下，探针引起的频率偏移可以被抑制到10 $^{-18}$的分数级以下，实际上对于任何光学原子钟，其中该偏移以前在计量学上是显著的。与其他激进的超Ramsey方法相比，我们的方法的主要优点[R。Hobson等人，Phys. Rev. A 93，010501（R）（2016）; T. Zanon-Willette等人，A 93，042506（2016）]在于在存在去相干化的情况下更高的效率和可分辨性。
2016-04-26 physics.atom-ph physics.ins-det quant-ph
High-accuracy multi-ion spectroscopy with mixed-species Coulomb crystals
本研究利用混合物种库仑晶体实现多¹¹⁵In⁺离子同时光谱测量，验证其与单离子钟结果一致性优于1×10⁻¹⁷，4离子时不稳定度显著降低，还推导死时间模型并指出加再泵浦激光可实现1/√N标度，为提升光钟信噪比提供可行方案。
2025-01-16 physics.atom-ph quant-ph
Effects of Small-Chain Superexchange Dynamics on Spin-Orbit Coupled Clock Spectroscopy
针对光晶格钟精度提升需求，本研究提出一维链中Ramsey和Rabi光谱学理论，揭示钟激光诱导的自旋-轨道耦合下超交换相互作用及链长热分布对光谱观测量的影响，为优化时钟性能提供新方向。
2025-07-15 cond-mat.quant-gas quant-ph
Optical clock comparison test of Lorentz symmetry
对空间和时间结构的最基本假设提出质疑，彻底改变了我们对自然的理解。最先进的原子钟使得精确地测试时空的基本对称性成为可能，并在几个电子伏特的低能尺度上寻找超越标准模型的物理学。在这里，我们实验证明了第一次协议的两个单离子时钟在$10^{-18}$水平，并直接确认其不确定性预算的有效性超过半年长的比较期。两个时钟离子被限制在单独的离子阱中，量子化轴沿着不平行的方向对齐。假设的洛伦兹对称性破坏将导致频率偏移的恒星调制。从没有这样的调制在$10^{-19}$水平，我们推导出严格的限制洛伦兹对称性破坏参数的范围内的电子$10^{-21}$，提高以前的限制两个数量级。
2018-09-27 physics.atom-ph quant-ph
Direct comparison of a Ca+ single ion clock against a Sr optical lattice clock
比较了~（40）Ca+时钟跃迁ν_{Ca}（2S 1/2- 2D 5/2，729 nm）与~（87）Sr光晶格时钟跃迁ν_{Sr}（1 S 0 - 3 P0，698 nm）的光学频率，得到频率比ν_{Ca} / ν_{Sr} = 0.9576312023580499（23）。光学比对的快速性使得频率比ν Ca/ ν Sr的统计不确定度在1000 s内达到1 × 10 ~（-15），并与国际原子时（TAI）链上的ν Ca绝对频率测量值一致。使用光学比较的频率比的总不确定度（不含微波链路不确定度）小于使用绝对频率测量获得的不确定度，表明光学频率评估的优势。我们报告了^{40}Ca+的绝对频率，其系统不确定性比我们以前的测量结果小14倍[1]。
2012-08-23 physics.atom-ph physics.optics quant-ph
Suppressing inhomogeneous broadening in a lutetium multi-ion optical clock
我们演示了由三个$^{176}$ Lu $^+$离子组成的多离子时钟中的非均匀加宽的精确测量和控制。在$^3D_1$水平的超精细状态之间的微波光谱学被用于测量离子之间的差分系统位移，最显著的是与电四极矩相关的那些。通过适当的磁场排列，我们证明了这些影响的抑制相对于$^1S_0\leftrightarrow{}^3D_1$的光学跃迁频率的$\sim 10^{-17}$水平。光学跃迁的相关光谱证明了在具有相应的投影噪声限制稳定性$σ(τ)=8.2\times 10^{-17}/\sqrtτ$的三离子配置中10 s Ramsey询问的可行性
2019-05-09 physics.atom-ph quant-ph
Fault-tolerant hyper-Ramsey spectroscopy of optical clock transitions with dynamical decoupling
Centre for Quantum Technologies, Department of Physics, Sofia University（索非亚大学量子技术中心物理系）；Sorbonne Université CNRS, MONARIS, UMR 8233（索邦大学CNRS，MONARIS实验室）；MajuLab, International Research Laboratory IRL 3654, Université Côte d’Azur, Sorbonne Université, National University of Singapore, Nanyang Technological University（新加坡国立大学-索邦大学-尼斯蔚蓝海岸大学南洋理工大学联合研究实验室）；Center for Quantum Technologies, Nanyang Technological University（南洋理工大学量子技术中心）；Nanyang Quantum Hub, School of Physical and Mathematical Sciences, Nanyang Technological University（南洋理工大学理学院南洋量子枢纽）；Laboratoire de Physique des Lasers, CNRS, Université Sorbonne Paris Nord（巴黎北索邦大学CNRS激光物理实验室）
本研究提出一种容错动态解耦超拉姆塞光谱学方法，用于提高超窄钟跃迁探测的鲁棒性和精度。
2026-08-24 physics.atom-ph quant-ph
Direct comparison of two spin squeezed optical clocks below the quantum projection noise limit
构建可扩展的量子系统，展示基于纠缠的真正性能增强是包括计算，网络，模拟和计量学在内的领域的主要科学目标。巨大的挑战来自于越来越大的量子系统中纠缠的脆弱性。利用大量原子的光学原子钟推动了测量科学的前沿，建立在量子态的精确工程和原子相互作用的控制之上。然而，当今最先进的光学原子钟受到由许多不相关原子定义的量子投影噪声（QPN）的限制。关于产生原子自旋压缩态的开创性工作已经显示了将纠缠集成到性能最好的时钟中的途径。然而，为了在工作时钟中直接展示量子纠缠的优势，我们必须防止降低量子相干性并引入不受控制的扰动的反作用效应，以及最小化来自询问时钟激光器的技术噪声的影响。本文提出了一种新的集成集体强耦合腔QED的光钟平台，用于量子非破坏（QND）测量。优化自旋测量精度和相干性损失之间的竞争，我们测量了1.9 × 10 $^4$原子的-1.8（7）dB的Wineland参数，从而验证了纠缠的存在。此外，移动晶格允许腔单独寻址两个独立的子系综，使我们能够连续自旋挤压两个时钟系综并比较它们的性能。两个压缩时钟之间的这种差分比较直接验证了在10 $^{-17}$的测量精度水平下，在QPN以下2.0（3）dB和标准量子极限（SQL）以上0.6（3）dB的增强的时钟稳定性，而没有减去任何技术噪声贡献。
2022-11-17 physics.atom-ph quant-ph
Progress and perspectives on composite laser-pulses spectroscopy for high-accuracy optical clocks
探测原子共振而不干扰它是物理学中普遍存在的问题。这个问题在高精度光谱学或下一代原子光学钟中至关重要。超高分辨率频率计量需要复杂的询问方案和稳健的协议来处理脉冲长度误差和残余频率失谐偏移。本文综述了受核磁共振技术和量子信息处理的启发，利用脉冲宽度、频率和相位定制的复合激光脉冲序列的最新进展和前景。在简短介绍了拉比技术和核磁共振复合脉冲，允许有效的补偿电磁场扰动，实现强大的人口转移，复合激光脉冲内拉姆齐的方法分离振荡场，以产生非线性补偿探头引起的频率偏移。综述了激光脉冲方案，如超拉姆齐（HR），改进的超拉姆齐（MHR），广义超拉姆齐（GHR）和混合方案。这些技术提供了极好的保护，防止探针引起的光移扰动和激光强度变化。更复杂的方案产生合成频移。它们允许减少或完全消除不完善的校正探针引起的频率偏移，即使在存在退相干由于激光线宽。最后，提出了两个通用的协议，提供完全消除探针引起的频率偏移的一般情况下，退相干和弛豫耗散效应是通过使用精确的解析表达式相移和时钟频率失谐。这些技术可应用于原子、分子和核频率计量学、质谱学以及精密光谱学。
2018-06-12 physics.atom-ph quant-ph
Hyper-Ramsey spectroscopy with probe laser intensity fluctuations
我们研究了探测激光强度波动对超拉姆齐光谱的影响。我们假设，作为适当的相关情况下的利益，探测激光强度$I$确定拉比频率$(\propto\sqrt{I})$和频率偏移的原子跃迁$(\propto I)$在探测激光与原子的相互作用。光谱信号取决于这两个量，这两个量随探测激光强度的波动而变化。引入一个简单的模型的波动，我们发现，签名的鲁棒性的超拉姆齐方法可以妥协。以Yb $^+$电八极时钟跃迁为例，定量分析了不同探测光强度起伏下的时钟误差。
2018-03-28 physics.atom-ph quant-ph
Lorentz and CPT Tests with Clock-Comparison Experiments
时钟比较实验是现有的对物质中洛伦兹对称性的最尖锐的测试之一。我们在这些实验中所产生的修改电子或核子传播和涉及洛伦兹和CPT违反运营商的任意质量尺寸的信号的特征。用作时钟的原子或离子的光谱频率表现出微扰的变化，这种变化可以取决于组成粒子的性质，并且可以显示恒星和年度的时间变化。采用一个独立的粒子模型的电子结构和施密特模型的核，我们确定观测的各种时钟比较实验，包括喷泉钟，comagnetometers，离子阱，晶格钟，纠缠态，和反物质。处理表明这些不同的实验技术之间的洛伦兹和CPT违反的敏感性的互补性。它还允许解释一些先前的结果在洛伦兹违反的非最小系数的界限，包括第一次约束的非最小系数在中子部门。提供了未来分析中可达到的敏感性估计。两个技术附录收集了洛伦兹破坏的球面系数和直角坐标系数之间的关系，并提供了将实验室坐标系中的直角坐标系数转换为标准日心坐标系的明确变换。
2018-05-11 hep-ph physics.atom-ph quant-ph
High precision differential clock comparisons with a multiplexed optical lattice clock
在过去的十年中，光学原子钟的精确度和准确度的快速进步推进了计时，计量学和量子科学的前沿。然而，大多数光学钟的稳定性仍然受到本机振荡器的限制，而不是原子本身，这为进一步的发展留下了空间。在这里，我们实现了一个“多路复用”的一维光晶格时钟，其中空间分辨，超冷锶原子的可移动的合奏被困在同一个光晶格，同时询问由共享的时钟激光器，并在并行读出。通过对系综对进行同步Ramsey询问，我们观察到原子-原子相干时间长达26秒，比原子-激光相干时间提高了270倍，证明了$9.7(4)\times10^{-18}/\sqrtτ$的相对稳定性（其中$τ$是以秒为单位的平均时间），并在平均3.3小时后达到$8.9(3)\times 10^{-20}$的分数不确定性。这些结果表明，应用程序需要超高精度的光学原子钟之间的比较，不需要限制本地振荡器的稳定性。利用多个系综对，我们实现了一个由6个原子系综组成的小型化时钟网络，得到了15个相对稳定度低于$3\times10^{-17}/\sqrtτ$的独特的成对时钟比较。最后，我们展示了同时加载空间分辨的，异质系综对的所有四个稳定同位素的锶在晶格中的能力。该平台提供的独特能力为未来的研究铺平了道路，包括精确的同位素位移测量，有限时钟系统的空间分辨特性，基于时钟的引力波和暗物质探测器的开发，以及相对论的新测试，包括在亚厘米尺度上测量引力红移。
2021-09-24 physics.atom-ph physics.ins-det quant-ph
Current-feedback-stabilized laser system for quantum simulation experiments using Yb clock transition at 578 nm
基于干涉滤光片稳定的外腔半导体激光器（IFDL），研制了一套用于镱原子578 nm时钟跃迁光谱测量的激光系统。由于改进的频率-电流响应的激光二极管芯片和IFDL的机械扰动的敏感性较低，我们成功地稳定的频率，以一个简单的电流反馈系统的高精细度超低膨胀玻璃腔。利用该激光系统，我们进行了高分辨率的Yb的时钟光谱，并发现稳定的激光线宽小于320 Hz。
2019-05-13 cond-mat.quant-gas physics.atom-ph quant-ph
Enhancing optical lattice clock coherence times with erasure conversion
本文提出用于⁸⁷Sr光晶格钟的超精细分辨读出技术，将拉曼散射和辐射衰变导致的误差转换为擦除误差，在Ramsey和自旋回波序列下分别实现超过100秒和150秒的原子相干时间。
2025-10-21 physics.atom-ph quant-ph
Frequency Comparison of Two High-Accuracy Al+ Optical Clocks
基于Al+离子的量子逻辑谱，我们构建了一个分数频率不准确度为8.6e-18的光钟。同时捕获的Mg+离子用于同情地激光冷却Al+离子并检测其量子态。将1 S 0-> 3 P0时钟跃迁的频率与先前构建的Al+光学时钟的频率进行比较，统计测量不确定度为7.0e-18。这两个时钟的相对稳定度为2.8e-15/ sqrt（τ），小数频率差为-1.8e-17，与旧时钟的精度限制一致。
2010-02-02 quant-ph
Rabi Spectroscopy of Super-Bloch Oscillations in Optical Lattice Clock
该研究提出利用光学晶格钟的拉比光谱观测超布洛赫振荡的方法，推导了相应有效模型与实验方案，可通过测量超布洛赫振荡周期实现大范围力的高精度测量，并给出重力测量最优参数，为研究Floquet驱动光学晶格钟的奇异动力学奠定基础。
2023-07-22 cond-mat.quant-gas quant-ph
Counting and metrology of distributed atomic clocks using metropolitan fiber
本研究演示了SIOM与SIMT间通过单根城域光纤传输三种时钟信号并实现四钟跨实验室比对的分布式原子钟网络，其频率一致性低于1E-15，为未来守时实验室模式提供了新探索。
2024-01-09 physics.atom-ph quant-ph
Probing Time Dilation in Coulomb Crystals in a high-precision Ion Trap
捕获离子光学时钟能够实现$10^{-18}$和可能更低的系统分数频率不确定性。然而，当前离子钟的稳定性从根本上受到单离子询问的弱信号的限制。我们提出了一个可操作的，可扩展的平台，用于扩展时钟光谱的库仑晶体阵列组成的几十个离子，同时允许系统的位移低至$10^{-19}$。使用一种新开发的技术，我们观察到三维多余的微运动振幅库仑晶体内的原子空间分辨率和亚纳米振幅的不确定性。我们发现，在离子库仑晶体的400 $μ$ m和2毫米长，时间膨胀位移的${}^+$离子由于微动可以接近$1\times10^{-19}$和低于$10^{-18}$，分别。在以前的离子阱中，即使是少数离子的光谱学，过量的微动也会主导不确定性预算。通过最大限度地减少其贡献并提供一种量化方法，这项工作为多体离子系统中的精确光谱学开辟了道路，实现了纠缠增强的离子时钟，并提供了一个良好控制的强耦合量子系统。
2018-10-21 physics.atom-ph quant-ph
A quantum network of entangled optical atomic clocks
光学原子钟是我们测量时间和频率的最精确的工具。它们能够在不同位置的原子之间进行精确的频率比较，以探测基本常数的时空变化，暗物质的性质，以及大地测量。对独立系统的测量受到标准量子极限（SQL）的限制;相反，对纠缠系统的测量可以超过SQL，达到量子理论所允许的最终精度--所谓的海森堡极限。虽然本地纠缠操作已被用来证明在微观距离的这种增强，远程原子钟之间的频率比较需要快速高保真纠缠之间的独立系统，没有内在的相互作用。我们证明了第一个量子网络的纠缠光学时钟使用两个$^{88}$锶$^+$离子分开的宏观距离（2米），纠缠使用光子链路。我们将纠缠增强用于离子之间的频率比较。我们发现，纠缠减少了测量的不确定性的一个因素接近$\sqrt{2}$，预测海森堡极限，从而减少了一半的数量所需的测量达到一个给定的精度。实际上，今天的光学时钟通常受到激光退相的限制;在这种情况下，我们发现使用纠缠时钟可以带来更大的好处，与传统的相关光谱技术相比，测量次数减少了4倍。作为一个证明的原则，我们证明了这种增强测量的频率偏移施加到一个时钟。我们的研究结果表明，量子网络现在已经达到了足够的成熟度，以增强计量学。这个两节点网络可以扩展到其他节点，其他种类的捕获粒子，或通过本地操作更大的纠缠系统。
2021-11-19 physics.atom-ph quant-ph
Exponential scaling of clock stability with atom number
在囚禁原子钟中，退相干的主要来源通常是振荡器的相位噪声。对于这种情况下，我们得到理论上的性能增益相结合的几个原子合奏。例如，N个原子的M个系综可以与各种探测周期相结合，以将频率变化减少到标准拉姆齐时钟的M 2^-M倍。如果一些系综的原子相以降低的频率演变，则类似的指数改进是可能的。这些系综可以由具有较低频率跃迁的原子或分子构成，或者由动态解耦产生。具有减小的频率或探测周期的系综仅负责计数2 π相位缠绕的整数个，并且不影响时钟的系统误差。具有高斯初始状态的量子相位测量允许比拉姆齐光谱更小的系综尺寸。
2013-03-28 physics.atom-ph quant-ph
Quantum engineering of atomic phase-shifts in optical clocks
提出了三能级系统中时间分离拉曼激光脉冲的量子工程，以在玻色子碱土时钟中产生无光位移的超窄光跃迁，并显着降低对激光参数波动的敏感性。基于量子人工复波函数分析模型，在考虑中间态自发发射残余效应的全密度矩阵模拟的支持下，导出了光学钟中与Ramsey和Hyper-Ramsey双光子谱相关的原子相移.各种共模拉曼频率失谐被发现的频率偏移从非谐振状态被取消，同时大大降低其不确定性在10 $^{-18}$的精度水平。
2014-11-14 physics.atom-ph quant-ph
Frequency measurement of the $^{1}\mathrm{S}_{0}, F=5/2\leftrightarrow\,^{3}\mathrm{P}_{1}, F=7/2$ transition of $^{27}$Al$^{+}$ via quantum logic spectroscopy with $^{40}$Ca$^{+}$
利用线性Paul阱中的$^{27}$ Al $^{+}$ / $^{40}$ Ca $^{+}$混合离子晶体进行量子逻辑谱测量，研究了$^{27}$ Al $^{+}$中的$(3s^{2})\,^{1}\mathrm{S}_{0} \leftrightarrow \, (3s3p)\,^{3}\mathrm{P}_{1}, F=7/2$互组合跃迁.为此，拉姆齐光谱用于在交错测量中探测$^{27}$ Al $^{+}$中的跃迁和$^{40}$ Ca $^{+}$中的$(4s^{2})\,\mathrm{S}_{1/2} \leftrightarrow \, (4s3d)\,\mathrm{D}_{5/2}$时钟跃迁。用精确测量的$^{40}$ Ca $^{+}$的时钟跃迁频率作为频率参考，我们确定了互组合线的频率为$ν_{^{1}\mathrm{S}_{0} \leftrightarrow \,^{3}\mathrm{P}_{1},F=7/2}$ =1122 842 857 334 736（93）Hz，激发态的Landé g因子为$g_{^{3}\mathrm{P}_{1}, F=7/2}$ =0.428132（2）。
2019-04-23 physics.atom-ph quant-ph
Ultra-high Resolution Spectroscopy with atomic or molecular Dark Resonances: Exact steady-state lineshapes and asymptotic profiles in the adiabatic pulsed regime
从半经典密度矩阵表示出发，导出了包含退相干、弛豫率和光位移的封闭三能级原子或分子态的精确渐近线形表达式.对描述Autler-Townes双峰、电磁感应透明或相干布居俘获共振和Fano-Feshbach线型的精确稳态暗共振轮廓的精确分析导致了与时钟跃迁相关的双光子拉曼跃迁和频移的线宽表达。从绝热分析的动态光学布洛赫方程在弱场限制，所需的泵浦时间，有效地捕获大量的原子到一个长寿命的相干叠加态建立。对于具有不同衰变通道的高度非对称组态，当驱动连续波激光场极不平衡时，建立了基于低能级粒子数反转的强双光子共振。当时间分离的共振双光子脉冲应用于原子或分子钟工程的绝热脉冲制度时，其中第一个脉冲足够长以达到相干稳态制备，并且第二个脉冲非常短以避免重新泵浦到新的暗态，产生混合连续波线型特性和相干Ramsey振荡的暗共振条纹。这些条纹允许询问方案绕过功率展宽效应。从渐近分布计算的影响中心时钟条纹的频移，并与拉曼退相干过程，表现出非线性的形状与用于量子测量的三个级别的观察。我们指出，不同的观测值经历不同的移位的较低状态的时钟过渡。
2011-11-09 physics.atom-ph quant-ph
Bounds on gravitational wave backgrounds from large distance clock comparisons
我们的时空充满了引力波背景，这些背景构成了由天体物理学和宇宙学来源创造的波动环境。这些背景的界限是从宇宙学和天体物理学数据中获得的，但也可以通过分析来自遥远航天器的测距和多普勒信号来获得。在这里，我们提出了一种新的方法来设置这些背景的界限，通过执行地面时钟和远程航天器之间的时钟比较配备了一个超稳定的时钟，而不是只范围内的机载转发器。然后，该技术可以作为待测量信号和主要噪声源的函数进行优化，从而在不同理论模型竞争的有希望的频率范围内对当前边界进行显著改进。我们说明了我们的方法，使用SAGAS项目，其目的是飞在太阳系外的超稳定光学时钟。
2008-05-23 astro-ph gr-qc quant-ph
The Space Optical Clocks Project: Development of high-performance transportable and breadboard optical clocks and advanced subsystems
超精密光学钟在太空中的应用主时钟将在基础物理学（检验爱因斯坦的广义相对论、通过与遥远的地球时钟进行比较的时间和频率计量学）、地球物理学（绘制地球引力势图）和天文学（为空间无线电测距和干涉测量提供本地振荡器）等领域有一系列新的应用。在欧空局的ELIPS-3方案内，“空间光学钟”项目的目标是在本十年末在国际空间站上安装和运行一个光晶格钟，作为ACES任务的自然后续行动，将其性能提高至少一个数量级。有效载荷计划包括一个光晶格时钟，以及一个频率梳、一个微波链路和一个光链路，用于将国际空间站时钟与位于几个国家和大陆的地面时钟进行比较。EU-FP 7-SPACE-2010-1项目编号263500（SOC 2）（2011-2015）是迈向空间光学时钟的必要一步，其目标是两个“工程置信度”、精确的可移动点阵光学时钟演示器，其在1 s积分时间下的相对频率不稳定度低于1 \times 10^-15，相对不准确度低于5 \times 10^-17。这一目标性能在不稳定性和不准确性方面分别比当今最好的可移动时钟好约2和1个数量级。这些设备将基于被捕获的中性镱和锶原子。其中一个设备将是试验板。这两个系统将在实验室环境中进行验证，其性能将通过与实验室光学时钟和主频率标准进行比较来确定。在本文中，我们介绍了该项目和第一年取得的成果。
2012-06-17 gr-qc physics.atom-ph quant-ph
$^{229}$Th Nuclear Spectroscopy in an Opaque Material: Laser-Based Conversion Electron Mössbauer Spectroscopy of $^{229}$ThO$_2$
University of California, Los Angeles（加州大学洛杉矶分校）；University of Manchester（曼彻斯特大学）；University of Nevada, Reno（内华达大学雷诺分校）；Los Alamos National Laboratory（洛斯阿拉莫斯国家实验室）；Eckert & Ziegler Analytics, Inc.（埃克特&齐格勒分析公司）；Johannes Gutenberg-Universität Mainz（美因茨约翰内斯古腾堡大学）；Ludwig-Maximilians-Universität München（慕尼黑路德维希-马克西米利安大学）
本文提出利用激光诱导转换电子莫塞塞利谱学研究$^{229}$Th核异态态，通过内部转换衰变实现对不透明材料中核跃迁的探测，显著提升核钟稳定性。
2025-06-03 nucl-ex physics.atom-ph physics.optics
Quantum-logic spectroscopy of forbidden vibrational transitions in single nitrogen molecular ions
Department of Chemistry, University of Basel（巴塞尔大学化学系）
该研究利用量子逻辑光谱学技术，实现了单个氮分子离子中被禁止的旋转-振动跃迁的相干操控，为高精度分子光谱和量子计算提供了新方法。
2026-03-11 physics.atom-ph physics.chem-ph quant-ph
Imaging optical frequencies with 100 $μ$Hz precision and 1.1 $μ$m resolution
我们实现成像光谱学的晶格陷阱简并费米子Sr的光学时钟跃迁在莫特绝缘制度，微米空间分辨率与亚毫赫兹光谱精度相结合。我们使用这些工具来证明原子的一致性高达15秒的时钟过渡，并达到$2.5\times 10^{-19}$的记录频率精度。我们进行最快速的评估捕获光的位移和记录150兆赫的线宽，观察到的相干光跃迁的最窄拉比线的形状。结合高分辨率成像和光谱学的重要新兴能力将提高时钟精度，并为测量多体相互作用和测试基础物理提供一条途径。
2018-03-13 cond-mat.quant-gas physics.atom-ph quant-ph
Atomic Clocks for Geodesy
本文综述了光学原子钟和频率传递的实验进展，并展望了这些技术在大地测量中的应用前景。今天，光学原子频标的相对频率误差已经达到10-17以下，为基础和应用研究开辟了新的领域。原子频率对引力势的依赖性使原子钟成为寻找爱因斯坦广义相对论预测偏差、检验现代统一理论和开发新的引力场传感器的理想候选者。本文介绍了光学原子钟的概念，介绍了国际原子钟的发展和比较情况。除了进一步提高当今最好的时钟的稳定性和准确性外，还投入了大量的精力来提高可靠性和技术准备，以便在专业实验室之外使用紧凑的便携式设备。由于相对频率不确定度为10-18，预计光学频率标准的比较将与卫星和地面数据一起有助于精确确定分辨率为厘米级的大地测量基本高度参考系。原子标准的长期稳定性将为大地测量以及对我们地球的建模和了解提供极好的长期高度参考。
2018-03-05 physics.atom-ph physics.geo-ph quant-ph
Sub-millihertz magnetic spectroscopy with a nanoscale quantum sensor
精确的计时对计量至关重要，它是确定时间、长度和基本常数标准的基础。稳定的时钟在光谱学中特别有价值，因为它们定义了可以达到的最终频率精度。在量子精密测量中，量子比特的相位用于检测外部场，时钟稳定性由量子比特相干时间定义，其决定了光谱线宽和频率精度。在这里，我们展示了一个量子传感协议，其中的光谱精度超出了传感器的相干时间，并受到经典时钟的稳定性的限制。使用这种技术，我们观察到的精度在频率估计缩放时间$T$，作为$T^{-3/2}$的经典振荡领域。基于金刚石单自旋的窄线宽磁强计用于感测纳米级磁场，其固有频率分辨率为607 $μ$ Hz，比量子比特相干时间窄8个数量级。
2017-06-07 quant-ph
Dual-frequency optical-microwave atomic clocks based on cesium atoms
本研究利用单台激光器和铯原子同时实现光频与微波双频原子钟，光钟1秒稳定度达3.89×10⁻¹³，微波钟在10⁵秒达5.99×10⁻¹⁵，为集成原子钟和量子计量发展奠定基础。
2024-05-01 physics.atom-ph physics.optics quant-ph
Improved limits for violations of local position invariance from atomic clock comparisons
比较了基于$^2$-S-$_{1/2}(F=0)\to {}^2$-D-$_{3/2}(F=2)$电四极（E2）跃迁和$^2$-S-$_{1/2}(F=0)\to {}^2$-F-$_{7/2}(F=3)$电八极（E3）跃迁的两种光钟，测量了频率比$ν_{\mathrm{E3}}/ν_{\mathrm{E2}}=0.932\,829\,404\,530\,965\,376(32)$ .我们确定的过渡频率$ν_{E3}=642\,121\,496\,772\,645.10(8)$赫兹使用两个铯喷泉时钟。重复测量这两个数量在几年内进行了分析，潜在的违反当地的位置不变性。我们改进了约20和2的因子的精细结构常数$α$到$1.0(1.1)\times10^{-18}/\mathrm{yr}$和质子-电子质量比$μ$到$-8(36)\times10^{-18}/\mathrm{yr}$的分数时间变化的限制。利用太阳在地球$Φ$的引力势的年变化，我们改进了两个常数与引力的潜在耦合的极限，$(c^2/α) (dα/dΦ)=14(11)\times 10^{-9}$和$(c^2/μ) (dμ/dΦ)=7(45)\times 10^{-8}$。
2021-01-07 gr-qc hep-ph physics.atom-ph
A lab-based test of the gravitational redshift with a miniature clock network
利用5个原子系综阵列的差分时钟比对在实验室盲测引力红移，测得1厘米高度差内的频率梯度与预期一致，展现了光学原子钟在相对论测量及多领域应用的潜力。
2023-07-26 gr-qc physics.atom-ph quant-ph
Two-Branch Fiber Link for International Clock Networks
我们提出了我们的工作，实现两个分支光纤链路，使多个合作伙伴的时钟比较在欧洲。我们详细报告了连接两个长途链路的设置，并报告了相对频率稳定性和准确性。我们报告了在近一个月内我们的双分支链路的90%的综合收益率。最后，我们讨论了相结合的不确定性贡献的合奏的链接架构的时钟比较。我们表明，频率转移的不确定性是2 × 10 - 19。
2019-09-04 physics.ins-det quant-ph
Cascaded optical fiber link using the Internet network for remote clocks comparison
我们报告了一个级联的光链路1100公里的超稳定的频率分布在互联网光纤网络。该链路由四个跨度组成，其中传播噪声得到主动补偿。五个全自动光电站确保了链路的稳定性和性能，其中两个位于链路端部，三个部署在现场并连接跨段。该装置利用低噪声激光二极管的外差光锁相相干再生光信号。利用稳定、低噪声的光纤干涉仪实现了激光锁定拍频信号的光学检测和链路噪声补偿。我们显示了噪声补偿的4跨级联链路连续运行3.5天，导致分数频率不稳定性在1秒测量时间为4x 10 -16，在2000秒为1x 10 -19。该级联链路扩展到1480公里，具有相同的性能。这项工作是朝着可持续的广域超稳定光学频率分配和比较网络迈出的重要一步，具有非常高的性能水平。
2015-09-22 physics.atom-ph physics.ins-det physics.optics
Characterising the precision of a clock without any external time reference
University Grenoble Alpes（格勒诺布尔阿尔卑斯大学）；Institute for Theoretical Physics, ETH Zürich（苏黎世联邦理工学院理论物理研究所）；ENS Lyon（里昂高等师范学院）；Inria（法国国家数字科学研究所）
本文提出一种无需外部时间参考即可表征时钟精度的方法，利用信号分路器和延迟触发器，基于滴答计数统计估计精度，并通过电子电路验证。
2026-09-29 quant-ph
Rigorous Comparison of Gravimetry Employing Atom Interferometers and the Measurement of Gravitational Time Dilation
我们提出了一个严格的引力和明确的答案，在否定的问题，是否重力与原子干涉仪是等价的测量的相对引力时间膨胀的两个时钟在空间中分离。虽然物质和光波，量子态和振荡器时钟通过普朗克-爱因斯坦-德布罗意关系和等效原理是量子同义词，但在引力理论的测试背景下存在关键差异。
2011-06-30 gr-qc quant-ph
