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　　【仪表网 行业标准】由 TC578(全国量子计算与测量标准化技术委员会)归口，中国计量科学研究院 、深圳中国计量科学研究院技术创新研究院 、国仪量子(合肥)技术有限公司等单位起草的国家标准计划《量子精密测量中里德堡原子制备方法》征求意见稿发布，并公开征求意见。截止时间2023年5月13日。
 

　　高激发态原子是指电子被激发到主量子数 n 很高的能级(一般n>10)的原子，高激发态又称为里德堡态，因此这类原子亦称为里德堡原子。里德堡原子中由于电子到原子实的距离比较远，库仑作用比较小，比较容易受到外加的电磁场影响。利用这种特性，里德堡原子成为量子信息领域的一个研究和应用热点，特别是近年来在高灵敏度量子精密测量领域被广泛使用。里德堡原子的制备是实现量子精密测量的物理前提和关键共性技术。近年来单光子激发、双光子激发、三光子激发等多种制备技术相继研发，每种制备技术对泵浦激光的特性参数和操控方法有着不同的要求，相应的检验方法也不同。制定《量子精密测量中里德堡原子制备方法》国家标准，对于规范高激发态原子的制备，扩大高激发态原子在量子精密测量领域中的应用有着重要的应用价值和指导意义。
 

　　随着量子信息技术的发展，以及里德堡原子灵敏度高、频率范围宽等先天优势，在量子计算、微波及太赫兹波传感以及量子光学等领域有着广泛的应用。目前国内国外未发布相关技术标准，随着微波量子场强仪等量子科学仪器逐渐进入工程应用，亟需填补相关技术标准的空白。
 

　　本文件按照GB/T 1.1-2020《标准化工作导则 第1部分：标准化文件的结构和起草规则》的规定起草。本文件规定了里德堡原子的制备方法，方法不限于冷原子和热原子系综。本文件适用于基于里德堡原子的量子精密测量等领域。
 

　　仪器设备：
 

　　1.一般要求
 

　　所有仪器仪表应经过计量检定机构检定合格，并在有效期内。进入试验后定期进行计量复查，复查合格后给出准用证。
 

　　2.窄线宽激光器
 

　　窄线宽激光器泵浦原子完成特定能级跃迁，包括半导体激光器、光纤激光器、钛宝石激光器等激光器。激光器的输出激光波长(频率)及线宽、功率及其稳定度等都是激光器的主要参数。
 

　　1)单光子吸收激发
 

　　激光器数量：1台
 

　　激光波长：297(铷原子)或319 nm(铯原子)
 

　　线宽：≤100 kHz
 

　　功率：不小于1 mW
 

　　2)双光子吸收激发
 

　　激光器数量：2台
 

　　激光器1：
 

　　激光波长范围：780nm(铷原子)或852nm(铯原子)
 

　　线宽：≤100 kHz
 

　　功率：不小于10μW
 

　　激光器2：
 

　　激光波长范围：483nm(铷原子)或513nm(铯原子)
 

　　线宽：≤100kHz
 

　　功率：不小于30mW
 

　　3)三光子吸收激发
 

　　激光器数量：3台
 

　　激光器1：
 

　　激光波长范围：780nm(铷原子)或852nm(铯原子)
 

　　线宽：≤100kHz
 

　　功率：不小于10μW
 

　　激光器2：
 

　　激光波长范围：785±15nm(铷原子)或1425±75nm(铯原子)
 

　　线宽：≤100kHz
 

　　功率：不小于50mW
 

　　激光器3：
 

　　激光波长范围：1375±125nm(铷原子)或800nm±50nm(铯原子)
 

　　线宽：≤100kHz
 

　　功率：不小于10μW
 

　　3.光电探测器
 

　　光电探测器将光谱信号转换为电信号，进行光谱信号的测量，一般采用高增益、低噪声探测器。响应波长范围、带宽、响应度、增益、噪声等效功率、饱和光功率、损伤光功率、输出电压、工作温度是光电探测器主要参数。
 

　　波长范围：覆盖探测所需波长
 

　　带宽：不小于1MHz
 

　　噪声等效功率(NEP)：不大于10pW/√Hz
 

　　4.信号采集仪器
 

　　信号采集仪器包括示波器或光谱仪。示波器完成信号的时域特性采集，光谱仪完成信号的频域特性采集。两者可以根据实际需要选用。
 

　　试验方法：
 

　　1) 吸收光谱法
 

　　吸收光谱法是早期里德堡原子的探测方法，主要是利用光谱仪来记录分析原子吸收光谱，从而实现特定里德堡态的探测。电磁诱导透明(EIT)是一种常用的吸收光谱法。
 

　　2) 荧光探测法
 

　　荧光探测法是使用光电倍增管来探测原子由里德堡态自发辐射回低能态所发出的荧光信号。由于里德堡原子能级间隔很小，导致自发辐射的光谱分布很宽，无法实现里德堡态的精确探测；而且荧光强度随主量子数的增加迅速减小，因此，此方法只适合主量子数较低的里德堡态的探测。
 

　　3) 选择场电离法
 

　　场电离探测法利用里德堡原子易电离的特性，利用外加电场使里德堡态上的原子被电离，然后在加速电场的作用到达微通道板(MCP)探测器，通过探测器输出的正离子或电子信号强度就可以推出相应里德堡原子数目。通过改变所加电场的大小即可实现不同里德堡态的探测。场电离探测方法的效率和分辨率都很高，但该探测技术是破坏性的，探测后的里德堡原子不可恢复。
 

　　试验报告：
 

　　试验报告至少应给出以下几个方面的内容：
 

　　——试验对象，碱金属元素种类；
 

　　——主要试验仪器信息；
 

　　——采集数据(光谱时域或频域信号)；
 

　　——试验日期；
 

　　——试验操作者信息。