近日，深圳大學(xué)量子精密測量研究所和物理與光電工程學(xué)院的李朝紅團(tuán)隊利用貝葉斯量子參數(shù)估計實現(xiàn)了冷原子相干布居數(shù)囚禁鐘的閉環(huán)鎖定，主要結(jié)果于2024年10月23日發(fā)表在美國物理協(xié)會Physical Review Applied上，并選為編輯推薦文章。編輯認(rèn)為，這一工作為原子鐘鎖定提供了一種高精度方法，并且在基于干涉的量子傳感器件領(lǐng)域存在極有前景的應(yīng)用。

李朝紅團(tuán)隊基于自主搭建的冷銣原子相干布居數(shù)囚禁鐘，利用貝葉斯量子參數(shù)估計首次在積分時間尺度上實現(xiàn)了海森堡標(biāo)度【T^(-1)】的鐘躍遷頻率測量，并用于此原子鐘的閉環(huán)鎖定。團(tuán)隊研究人員通過設(shè)計適用于原子鐘鎖定的貝葉斯量子參數(shù)估計算法【圖（a）】，利用具有指數(shù)增長積分時間的拉姆塞干涉測量序列，同時在貝葉斯迭代過程中自適應(yīng)調(diào)節(jié)本地振蕩器的頻率，實現(xiàn)鐘躍遷頻率的測量。經(jīng)過迭代，貝葉斯估計值趨于鐘躍遷頻率，在積分時間到達(dá)最大相干時間前，頻率測量的靈敏度遵循海森堡標(biāo)度【圖（b）】。進(jìn)一步，利用基于貝葉斯量子參數(shù)估計的鐘躍遷頻率測量，將本地振蕩器頻率直接鎖定在原子躍遷頻率上，實現(xiàn)了原子鐘的貝葉斯閉環(huán)鎖定。相對于傳統(tǒng)的PID鎖定，利用貝葉斯量子參數(shù)估計鎖定的原子鐘的穩(wěn)定度提高了5.1(4)dB【圖（c）】。相比美國國家標(biāo)準(zhǔn)與技術(shù)研究院報道的穩(wěn)定度1.3*10^(-11)/τ^(1/2)【Appl. Phys. Lett. 111, 224102 (2017)】、英國斯特拉斯克萊德大學(xué)報道的穩(wěn)定度2*10^(-11)/τ^(1/2)【Optics Express 27, 38361 (2019)】和中國計量科學(xué)研究院報道的穩(wěn)定度2.4*10^(-11)/τ^(1/2)【Chin. Phys. B 31, 043201 (2022)】，李朝紅團(tuán)隊利用貝葉斯量子參數(shù)估計得到的穩(wěn)定度為4.3*10^(-12)/τ^(1/2)，是目前冷原子相干布居數(shù)囚禁鐘的最高穩(wěn)定度。此外，基于貝葉斯量子參數(shù)估計的原子鐘鎖定對技術(shù)噪聲具有極好的魯棒性。

該成果以“Atomic clock locking with Bayesian quantum parameter estimation: Scheme and experiment”為題發(fā)表在Physical Review Applied上，深圳大學(xué)為第一單位和通訊作者單位，深圳大學(xué)助理教授韓成銀、中山大學(xué)博士生馬翥和湖北師范大學(xué)講師邱宇翔為共同第一作者，深圳大學(xué)李朝紅教授、鹿博副教授和中山大學(xué)黃嘉豪副教授為共同通訊作者。該研究得到了國家自然科學(xué)基金委員會、科技部和廣東省科技廳等機(jī)構(gòu)的資助。

論文鏈接：https://journals.aps.org/prapplied/abstract/10.1103/PhysRevApplied.22.044058