《美国国家标准与技术研究院(NIST)的研究人员发现用于量子辐射测量的可分散单光子源》

  • 编译者: 张宇
  • 发布时间:2025-02-11
  • 近日,美国国家标准与技术研究院(NIST)的研究人员发现了一种基于微米凸起中的InGaAs量子点的可散发单光子源。该光源在929.7纳米的波长下实现了 280 万光子/秒的最大光子通量,多光子抑制比为g(2)(0) = 0.22。半导体芯片可以安装在任何低温系统中,所有光学元件的紧凑尺寸有助于轻松传播以进行实验室间比较。在两种不同的实验室环境中,光子通量和多光子抑制结果的一致性强调了这种单光子源的稳定性和多功能性。

    如需进一步了解这项研究的详细信息请访问:https://tsapps.nist.gov/publication/get_pdf.cfm?pub_id=957995

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  • 《美国国家标准与技术研究院(NIST)的研究人员对量子电路基板中的自然电离辐射能量沉积进行光谱测量和模型研究》

    • 编译者:张宇
    • 发布时间:2025-01-03
    • 自然发生的背景辐射是超导量子比特中相关退相干事件的潜在来源,这将对纠错方案提出挑战。近日,为了描述一个代表了超导量子比特状态的非屏蔽实验室中的辐射环境,美国国家标准与技术研究院(NIST)的研究人员对毫开尔文冰箱的内部进行了背景辐射事件的宽带光谱测量。该光谱仪旨在模拟量子电路的大小和组成。具体来说,NIST研究人员测量出在一块面积为25平方毫米的硅基底上,500微米和1500微米2种不同厚度的材料分别产生的背景辐射光谱。观察到的光谱能量范围从几千电子伏到近10兆电子伏不等,几乎没有识别出任何特征,对于厚度为500微米的硅基底,在100千电子伏和3兆电子伏之间,强度降低了40000倍。研究人员整合光谱以获得平均事件速率和沉积功率水平。当对500μm厚的硅基底沉积进行至少40千电子伏的事件进行计数时,这些量对应于每秒0.023个事件和4.9千电子伏秒^-1的功率。研究人员发现,低温测量与基于冰箱外部地球伽马射线通量、宇宙射线通量发布的模型、低温恒温器的粗略模型和辐射传输模拟的简单测量的预测非常吻合。该模型不需要任何自由参数来预测硅基底中的背景辐射光谱。测量和预测之间的一致性表明,研究人员提出的模型可用于评估地面和宇宙射线源对不同厚度的硅基底中背景辐射相互作用的相对贡献。这些光谱的测量是通过位于微加工硅岛上的新型超导微共振器的新组合实现的,这些共振器定义了与背景辐射的相互作用体积。共振器将沉积的能量转换为容易检测的电信号。微共振器的读数与色散超导量子比特的读数非常相似,因此类似的设备(带或不带微加工硅岛)均适合与超导量子电路集成,作为背景辐射事件的探测器。对于研究人员特定的实验室条件,研究人员发现放射性同位素的伽马射线发射事件是导E<1兆电子伏能量沉积的主要原因。研究结果表明,背景辐射光谱包含除μ子以外的宇宙射线粒子的相关贡献,特别是由质子和中子引起的数兆级电子伏特事件的最后阶段。这些观察结果揭示了几种减少背景辐射对量子电路影响的途径,并得到了一个经过实践验证的成熟模型的支持,该模型可以生成辐射与硅基底相互作用的可靠预测。 该项目的研究成果已由美国物理学会发表在《PRX Quantum》期刊中。(DOI:10.1103/prxquantum.5.040323)
  • 《美国国家标准与技术研究院(NIST)研究人员利用新型原子温度计实现更精确的温度测量》

    • 编译者:李晓萌
    • 发布时间:2025-03-26
    • 近日,美国国家标准与技术研究院(NIST)研究人员开发了一种新型温度计,利用被激发到极高能级的原子,这些原子的体积比正常原子大一千倍。通过监测这些巨大的“里德堡原子”与周围环境中的热量如何相互作用,研究人员能够以极高的精度测量温度。这种温度计的灵敏度有望在从量子研究到工业制造等多个领域提升温度测量的准确性。 与传统温度计不同,里德堡温度计无需在工厂进行初始调整或校准,因为它依赖于量子物理的基本原理。这些基本的量子原理能够产生精确的测量结果,并且可以直接追溯到国际标准。 “我们正在开发一种温度计,它无需像现有温度计那样进行常规校准,就能提供准确的温度读数。”NIST的博士后研究员Noah Schlossberger表示。 革新温度测量技术 该研究于2025年1月23日发表于《Physical Review Research》期刊,是首次成功利用里德堡原子进行温度测量。为了制造这种温度计,研究人员在一个真空室内填充了铷原子气体,并使用激光和磁场将原子冷却至接近绝对零度,大约为0.5毫开尔文(千分之一度)。这意味着原子几乎处于静止状态。随后,研究人员利用激光将原子的最外层电子激发到非常高的轨道,使原子的体积比普通铷原子大了约1000倍。 在里德堡原子中,最外层电子远离原子核,因此对电场和其他影响因素更为敏感,其中包括黑体辐射,即周围物体发出的热量。黑体辐射可导致里德堡原子中的电子跃迁至更高轨道。温度升高会增加环境中的黑体辐射量,并加快这一过程。因此,研究人员可以通过跟踪这些能量跃迁随时间的变化来测量温度。 这种方法能够检测到极其微小的温度变化。尽管还有其他类型的量子温度计,但里德堡温度计可以在不接触被测物体的情况下,测量其周围环境从大约0到100摄氏度的温度。 这一突破不仅为新型温度计的开发铺平了道路,而且对于原子钟来说意义重大,因为黑体辐射会降低原子钟的精度。 “原子钟对温度变化极为敏感,这可能导致其测量结果出现微小误差。”美国国家标准与技术研究院(NIST)的研究科学家Chris Holloway表示,“我们希望这项新技术能够帮助我们的原子钟变得更加精确。” 除了在精密科学领域之外,这种新型温度计还可能在极具挑战性的环境中得到广泛应用,例如航天器和先进制造工厂,这些地方都需要极其精确的温度读数。 凭借这一成果,NIST继续推动科学技术的边界。 “这种方法为一个温度测量与自然基本常数一样可靠的世界打开了大门。”Holloway补充道,“这是量子传感技术向前迈出的令人兴奋的一步。” 文章信息:Noah Schlossberger, et al. Primary quantum thermometry of mm-wave blackbody radiation via induced state transfer in Rydberg states of cold atoms. Physical Review Research. Published online Jan. 23, 2025. DOI: 10.1103/PhysRevResearch.7.L012020