鍶原子光晶格鐘平臺上首次觀測到弗洛凱準粒子干涉效應

  作為下一代時間標準的重要候選者之一，鍶原子光晶格鐘平臺具有超強穩定性和超高準確性等特點，它也是量子精密測量的利器，可精確探測相對論紅移效應以及引力波等。根據弗洛凱（Floquet）理論，當一個量子系統被周期性驅動時，會激發出弗洛凱準粒子；如果采用兩種不同的模式同時驅動，所產生的弗洛凱準粒子間的相對相位可導致量子干涉效應。但至今，人們一直未觀測到這種量子干涉效應。

  最近，來自重慶大學物理學院的汪濤博士和張學鋒教授帶領的理論團隊，與中國科學院國家授時中心常宏研究員帶領的實驗團隊緊密合作，在國際上首次觀測到弗洛凱準粒子的干涉效應 [1]。實驗裝置圖如圖1(a)所示，其中鍶原子被冷卻到3μK，并被囚禁在光晶格中。當晶格激光頻率被周期性驅動時，鍶原子會被激發出的弗洛凱準粒子所包圍，在這些弗洛凱準粒子的輔助作用下，鍶原子會在其能級與鐘激光頻率不匹配的情況下發生躍遷。如果同時驅動晶格激光和探測激光，激發出的弗洛凱準粒子間的初始相位差會導致干涉效應。因此，初始相位差的調控便成為了實驗成功的關鍵。為此，需要將驅動頻率限制在百赫茲量級甚至以下。

  在課題組所采用的鍶原子光晶格鐘平臺中，鐘激光的頻率可達到驚人的毫赫茲級別 [2]，為實驗成功奠定了堅實的基礎。此項研究成果不僅有助于深入地理解弗洛凱理論，同時也實現了光晶格鐘平臺上量子模擬從“0”到“1”突破。作為應用，如果將相對相位與量子材料中的動量相對應，則可將描述系統的哈密頓量與描述長程相互作用的Su-Schrieffer-Heeger模型完全對應起來，從而很好地模擬高拓撲數的一維拓撲絕緣體。