[发明专利]一种精确测量相距微小距离下两处磁场一致性的方法

说明书

本发明公开了一种利用原子干涉仪精确测量相距微小距离下两处磁场一致性的方法，构建一种原子干涉回路，通过测量磁场中相距微小距离的两个相干原子波包一致性的演化，来评估两处磁场的一致性。其中，两个相干原子波包的距离长短和方向可以精确控制，控制精度可达纳米量级。相比于传统采用磁强计进行测量的方法，本发明具有测量分辨率高、测量量程可控等优点。可应用于量子计算、量子模拟、量子精密测量等实验中关于原子囚禁场一致性的分析和量子系统退相干机制的研究，具有重要的实用价值。

技术领域

本发明涉及了原子精密测量技术领域，尤其涉及了一种利用原子干涉仪精确测量相距微小距离下两处磁场一致性的方法，可用于量子计算、量子模拟、量子精密测量等实验中关于原子囚禁场一致性的分析和量子系统退相干机制的研究。

背景技术

原子囚禁势阱在量子计算、量子模拟、量子精密测量等领域有着广泛的应用，一方面，被囚禁的原子团体积可维持不变，而且不会由于重力的影响自由下落，从而降低了对于电磁波场的输出功率要求，还降低了仪器的体积；另一方面，光晶格等囚禁手段还可避免原子之间的相互作用，降低原子能级展宽，提高操控精度和实验结果的准确性。然而，在带来这些好处的同时，原子囚禁势阱的存在会引入退相干机制，使得原子快速的退相干。造成这种退相干的原因是由于处于囚禁势阱中不同位置处的原子感受到的囚禁势阱的作用不相同，即囚禁势阱在特定维度的均匀性和一致性不够。然而，这种囚禁势阱的一致性很难直接用现有的磁强计、光功率计等仪器进行测量，因为所关心的囚禁势阱一致性的两位置一般是处于微米甚至纳米量级的微观尺度，对仪器的空间分辨率要求非常高。

近年来，原子干涉仪因其超高的理论精度潜力以及广泛的应用前景，获得了全世界广泛的重视及研究，基于原子干涉仪精密测量技术发展迅速，广泛应用于物理参数精密测量、时间测量及频标等科学实验研究领域。利用原子干涉进行精密测量，不仅可实现在微观尺度下的精确测量，而且还可以将测量结果直接体现在原子的相干性上，方便直接对于结果进行解释和评估。因此，通过合理的操控原子干涉回路，将所需测量的一致性信息写入在原子干涉条纹的幅值或相位中，有望突破传统精密测量手段的限制，实现在微尺度下的高空间分辨率测量。

发明内容

本发明解决的技术问题是，提出了一种利用原子干涉仪精确测量相距微小距离下两处磁场一致性的方法

本发明的技术方案为：

一种利用原子干涉仪精确测量相距微小距离下两处磁场一致性的方法，构建一种外态原子干涉回路，通过测量磁场中相距微小距离的两个相干原子波包一致性的演化，来评估两处磁场的一致性，其中，所测量的微小距离尺度可达纳米量级。

所述的原子干涉仪，是一种基于原子外部动量相干态的干涉仪。原子外部动量相干态的操控手段为激光光栅衍射，且符合Raman-Nath衍射条件限制，原子干涉条纹的检测是基于布拉格背向散射的方法，背向散射的幅值信号与原子干涉条纹的幅值呈正比。

所述的外态干涉回路，是由三束衍射脉冲和一束信号读取脉冲构成。其中前两束衍射脉冲的作用为将初始的原子波包分为两个相干的原子波包，并固定距离；第三束衍射脉冲是将两个原子波包汇合，形成的原子干涉条纹由第四束脉冲读取。第一、二脉冲的间隔与第三、四脉冲的间隔相同，均远小于第二、三脉冲之间的间隔。

所述的两相干原子波包的距离，距离的方向和长短可根据需要任意设定，其中，方向与衍射脉冲的方向相同，长短为原子的反冲速度乘以第一、二脉冲的间隔。

所述的原子波包一致性的演化，两原子波包的动量相干性会受到原子波包所在处磁场的影响，这种影响可通过控制第二、三脉冲之间的时间间隔来累积。

所述的磁场一致性的评估，是通过原子干涉条纹的相对幅值的大小来实现的。幅值的参考值为在选取距离一定的情况下，第二、三脉冲间隔为0情况下原子干涉条纹的幅值。

本发明的原理为：