北京大学电子学院陈景标教授团队在单一量子体系中同步实现两种光钟

在量子精密测量领域，如何更高效地开发与利用量子系综资源，以提升量子精密测量的精度，特别是在增强原子钟的功能、优化其性能、并拓展更广泛的应用方面，仍是一个尚待开拓的研究领域，充满挑战与机遇。北京大学电子学院陈景标教授团队在国际上首次利用不同量子跃迁之间的调制转移过程，在单原子系综中实现了双波长光学频率标准。该团队针对原子多能级结构建立了理论模型，深入分析并实验实现了双光学跃迁调制转移谱（DOT-MTS）双光钟方案。这一创新不仅验证了单一量子体系同步实现两种高稳定性光钟的可行性，还展现了在同一量子系统中构建多种光钟的潜力，为量子资源的高效利用提供了新途径，为多光钟集成与量子传感网络奠定了技术基础。相关研究成果以“Single-atomic-ensemble dual-wavelength optical frequency standard”为题发表于Photonics Research2025年第3期，被遴选为封面文章。

图1 Photonics Research2025年第3期封面文章

该工作成功展示了在单一量子系综中实现多个波长标准的创新方法，通过在不同量子跃迁之间的实现调制，首次基于单一量子系综实现了双光学波长量子频率标准。在这一过程中，泵浦光束的调制频率边带与87Rb D2线（780nm）共振，并同时传递到780nm（与87RbD2线共振）和795nm（与87Rb D1线共振）探测光束上。借助调制双转移新技术，780nm和795nm激光在热原子系综中实现了同时稳频，频率不稳定度都达到10^-14量级（根据残余误差信号估算）。此方法开辟了单量子系综多波长频率标准新方向，首次在单一原子气体池中实现了双波长激光稳频，开创了多跃迁协同锁定的新范式，为在同一系统中实现多个量子频率标准、增强量子相干性、量子信息资源的增效利用提供了新的思路。未来，团队将进一步探索其中的基础物理原理及其复杂的相互关系，以推动量子精密测量技术的进一步发展。

图2 文章截图

图3 实验系统

未来，这项技术有望应用于不同的原子体系及其结构，特别是碘分子，其丰富的光谱特性为开发多波长频率标准提供了巨大的潜力，能够显著提升精密测量能力，从而为长度计量学和引力波探测提供支撑。同时，该方案还为未来高精度多波长光钟和量子传感网络的构建提供了新的技术路径。

该研究在陈景标和北京大学电子学院潘多副研究员的指导下顺利完成，论文第一作者为博士生苗杰，其他参与研究的成员还包括博士生陈京明和杨巧会。研究得到了中国科学院国家授时中心于得水研究员的支持。此外，研究工作还得到了北京市科技新星计划、量子科学与技术创新重大项目以及温州重大科技创新重点项目的资助与支持。