研究者らが量子精密測定の新たな手法を提案(Researchers Propose New Method for Quantum Precision Measurement)

2026-09-24 中国科学院(CAS)

中国科学院(CAS)の研究チームは、原子の量子コヒーレンスを利用した「完全差分分光法(FDS)」を開発し、小型・高性能な光周波数標準を実現する新手法を提案した。FDSでは、対向するポンプ光とプローブ光を原子集団に照射し、電磁誘導透明化(EIT)と電磁誘導吸収(EIA)という逆位相の信号を同時に生成する。差分検出によってドップラー広がりや共通モードノイズを大幅に抑え、ドップラー非依存の共鳴信号を増強できる。実験では、差分信号のノイズがEIT・EIA単独の場合より約1桁低下した。ルビジウム蒸気セルにDBRレーザーをロックした小型光周波数標準では、1秒で1.2×10⁻¹³の周波数安定度を達成し、1000秒まで10⁻¹²未満を維持した。深宇宙探査、衛星ネットワーク、VLBI、量子センシングなどへの応用が期待される。

研究者らが量子精密測定の新たな手法を提案(Researchers Propose New Method for Quantum Precision Measurement)
Schematic of the experimental setup for full differential spectroscopy. (Image by YANG Tenghui)

<関連情報>

高安定性蒸気セル光周波数基準のための完全差分分光法 Full differential spectroscopy for high-stability vapor cell optical frequency reference

Tenghui Yang, Peter Yun, Rodolphe Boudot, Qiang Hao, Wei Liang & Shougang Zhang
Communications Physics  Published:23 September 2026
DOI:https://doi.org/10.1038/s42005-026-02881-4  Early provide

Abstract

We propose and experimentally demonstrate a spectroscopic method, named full differential spectroscopy, that uses a single laser beam in retroreflected configuration to manipulate atomic dark states in a vapor cell. Conventional Doppler-free spectroscopy often suffers from  limited performance due to the Doppler-broaden background. Here we show that by selectively coupling or decoupling the probe’s polarization components with the pump-induced dark state, we can simultaneously obtain both Doppler-free electromagnetically induced transparency and absorption. A differential signal, with enhanced Doppler-free amplitude and highly suppressed background and noise, is thus obtained. We systematically characterize how polarization angle and light power affect the resonance and noise properties. Using this approach, we stabilize a laser to a rubidium vapor cell, achieving a fractional frequency stability of 1.2 × 10−13 at 1 s. These results demonstrate a simple, robust route to high-performance optical frequency references and may also benefit quantum sensing or high-resolution spectroscopy.

0403電子応用
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