記者6月22日從中國(guó)科大獲悉，中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)中國(guó)科學(xué)院微觀磁共振重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室教授彭新華研究組在自旋量子精密測(cè)量領(lǐng)域取得重要進(jìn)展，首次提出和驗(yàn)證了Floquet自旋量子放大技術(shù)，靈敏度達(dá)到了飛特斯拉(簡(jiǎn)寫fT，即10的負(fù)十五次方特斯拉)水平。相關(guān)研究成果日前在線發(fā)表于《物理評(píng)論快報(bào)》，并被選為“編輯推薦”文章。

現(xiàn)代自然科學(xué)和物質(zhì)文明是伴隨著測(cè)量精度的不斷提升而發(fā)展。隨著量子力學(xué)基礎(chǔ)研究和科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，通過原子、分子、自旋等物理系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)微弱信號(hào)的量子增強(qiáng)放大。相比基于經(jīng)典電路的傳統(tǒng)放大技術(shù)，量子增強(qiáng)放大技術(shù)具有更低的量子噪聲和更高的放大增益，為提升測(cè)量精度提供了強(qiáng)有力的研究手段，受到廣泛關(guān)注和研究。

目前，量子放大技術(shù)已經(jīng)在諸多測(cè)量過程發(fā)揮不可替代的作用，催生出許多革命性成果，例如微波激射器、激光器、原子鐘，甚至宇宙微波背景輻射的首次發(fā)現(xiàn)等，諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)也曾多次授予相關(guān)領(lǐng)域。

然而，目前對(duì)量子放大精密測(cè)量技術(shù)的探索仍然有限，實(shí)現(xiàn)信號(hào)放大主要依賴于量子系統(tǒng)固有的離散能級(jí)躍，由于可調(diào)諧性的限制，量子系統(tǒng)固有離散躍遷頻率往往無法滿足放大需要的工作頻率，因此限制了量子放大器的性能，如工作帶寬、頻率和增益等。如果能夠克服以上困難，量子放大技術(shù)的性能將可得到很大改善，對(duì)探測(cè)極弱電磁波和奇異粒子等基礎(chǔ)物理和實(shí)際應(yīng)用具有重要意義。

研究人員提出了Floquet自旋量子放大技術(shù)，克服了以往探測(cè)頻率范圍小等限制，實(shí)現(xiàn)了對(duì)多個(gè)頻率的極弱磁場(chǎng)放大。這項(xiàng)技術(shù)得益于研究組此前提出的“自旋放大技術(shù)”和“Floquet調(diào)制技術(shù)”，將二者有機(jī)結(jié)合，從而將量子放大技術(shù)推廣到Floquet自旋系統(tǒng)。

通過理論計(jì)算和實(shí)驗(yàn)研究，首次展示了Floquet系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)多個(gè)頻率待測(cè)磁場(chǎng)2個(gè)數(shù)量級(jí)的同時(shí)量子放大，測(cè)量靈敏度達(dá)到了飛特斯拉級(jí)級(jí)別。

該工作首次將量子放大技術(shù)擴(kuò)展到Floquet自旋系統(tǒng)，有望進(jìn)一步推廣到其他量子放大器，實(shí)現(xiàn)全新的一類量子放大器——“Floquet量子放大器”。

審稿人認(rèn)為該工作“為精密測(cè)量以及檢驗(yàn)新物理規(guī)律提供了超靈敏方法”。（王敏 記者 汪喬）