12月20日，我校物理学院、原子亚原子结构与量子调控教育部重点实验室、广东省量子调控工程与材料重点实验室和广东省量子精密测量工程技术研究中心的冷原子研究团队在量子精密测量领域取得了重要研究进展。该团队提升了原子微波电场计的灵敏度，成功接近标准量子极限，相关成果以“Approaching the standard quantum limit of a Rydberg-atom microwave electrometer”为题，在国际知名学术期刊《Science Advances》上发表。我校博士生涂海涛、廖开宇副教授及硕士生王弘磊为共同第一作者，廖开宇副教授、颜辉教授和朱诗亮教授为共同通讯作者，参与该工作的还有我校黄巍副教授和边武特聘研究员等。值得一提的是，涂海涛同学今年荣获了2024年度第二十一届王大珩光学奖。

里德堡原子微波传感技术因其工作带宽大、可溯源、对被测场干扰小、空间分辨率高及灵敏度高等特点，自2012年提出以来，成为量子精密测量与无线电领域的研究热点。该技术作为传统微波传感方式的重要补充，在军事、医学、计量、通信等多个领域具有重要应用前景。

在量子精密测量领域，逼近测量系统的不确定度极限——标准量子极限，具有重要意义，它标志着利用量子资源来实现更高精度测量成为可能。然而，现有的里德堡原子微波电场计通常使用室温原子，其灵敏度受到探测光场的散粒噪声限制，与标准量子极限至少相差两个数量级。在此实验中，研究人员利用约5.2×10^5个冷原子的系综实现了微波外差探测，通过抑制各种噪声并策略性地优化电场计参数，成功将测量系统的等效噪声温度降低20倍，实现了10.0nV/cm/Hz^(-1/2)的电场灵敏度，此电场指标仅仅是标准量子极限的2.6倍。此外，该研究提出了结合自旋压缩等技术进一步提升测量精度，有希望突破电场传感的标准量子极限。此技术结合小型化冷原子系统将在射电天文、雷达技术、大气研究及暗物质轴子探测等有广泛的应用前景。

我校物理学院冷原子研究团队专注于量子物理相关的基础和应用研究，研究方向包括量子计算与量子模拟、量子网络与量子通信、量子精密测量等，建有超冷原子量子模拟、原子阵列量子计算、量子存储与中继、超导-冷原子复合量子系统、微波测量和太赫兹成像等研究平台。该研究得到了科技部重点研发计划、国家自然科学基金、广东省基础与应用基础研究基金、广东省量子科学战略发展计划等经费的支持。

论文链接：https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.ads0683