Phys. Rev. Lett. | 基于压缩光的高灵敏度磁力测量仪

来自西班牙光子科学研究所ICFO和杭州电子科技大学的研究人员利用 “压缩光”效应，提供了一种高灵敏度的磁力测量方法。压缩态的光子形成的光流更安静，噪声更低，从而可用于精密测量。该研究目前已发表于Physics Review Letters (www.doi.org/10.1103/PhysRevLett.127.193601)。

目前，最灵敏的磁力计是光泵浦的，即使用激光探测磁敏感原子。然而，这些仪器的灵敏度受到光源随机变化或噪声的限制。因此，研究人员致力于降低噪声，从而提高磁力计的灵敏度，并检测到磁场中较小的变化。

研究人员Charikleia Troullinou 和 Vito Giovanni Lucivero 。

激光器中光子随机性会产生散粒噪声”，这通常会限制测量的灵敏度。尽管如此，散粒噪声的限制是能够被克服的。研究人员已经证明，压缩光可以用于改进引力波探测器的精确度。然而，目前该技术用于磁力测量的结果还不尽人意。ICFO 研究人员表明，该研究的难点是如何规避测量中的反作用，即探测原子的光只能以不能改变原子对磁场响应的方式。

为了解决上述问题，研究人员搭建了一个反作用规避磁力计，加入压缩光，并发现其提高了磁力测量的灵敏度。实验中，该团队搭建了一个 Bell-Bloom (BB) 光泵磁力计，并使用偏振压缩光来观察密集的铷原子 (87Rb) 热云对磁场的响应。其中，压缩光用于探测能够抑制信号中的光子散粒噪声，线偏振光来探测热致密原子系综的磁性，最终磁力计仅主要受量子噪声限制，并实现了对信号的快速响应和高灵敏探测。

该研究的价值在于回避了量子测量中的反作用。具体来说，在测量电子或原子等微观系统时，微观系统会影响测量仪器，从而仪器能够对系统进行观测。根据海森堡测不准原理，仪器还会对微观系统造成量子测量的反作用。当测量电子的位置时，反作用会扰乱它的动量。这种反作用破坏测量的准确性。例如，当测量电子速度时，在第一次测试电子位置之后再次测量位置，来得到测量电子的速度时，结果将是不准确的。这是因为在第一次测量位置时的反作用干扰了电子的动量，从而干扰其速度。 本研究实现的反作用规避测量没有这个问题，微观系统受到的干扰不会影响测量过程。

研究人员表示， Bell-Bloom 测量方案会回避反作用，这是因为反作用噪声影响的是不被测量的自旋分量，因此压缩光在整个频谱上都是存在有益效果的。