[论文解读] Atom interferometry and its applications

Sven Abend, Matthias Gersemann+8 more|arXiv (Cornell University)|Jan 1, 2019

Cold Atom Physics and Bose-Einstein Condensates被引用 14

一句话总结

本文利用冷原子和玻色-爱因斯坦凝聚体实现原子干涉测量，以实现基础物理和计量学中的高精度测量。它展示了在检验等效原理、作为量子倾角计运行以及作为重力仪方面的应用，通过相干操控原子德布罗意波实现高灵敏度。

ABSTRACT

We provide an introduction into the field of atom optics and review our work on interferometry with cold atoms, and in particular with Bose-Einstein condensates. Here we emphasize applications of atom interferometry with sources of this kind. We discuss tests of the equivalence principle, a quantum tiltmeter, and a gravimeter.

研究动机与目标

• 开发并应用基于冷原子和玻色-爱因斯坦凝聚体的原子干涉测量技术，以实现高精度测量。
• 利用相干原子波包在量子层面检验等效原理。
• 设计并演示基于原子干涉相位移的量子倾角计和重力仪。
• 通过利用超冷原子系统的相干性和灵敏度，推进量子计量学。

提出的方法

• 在干涉测量设置中，利用激光冷却原子和玻色-爱因斯坦凝聚体作为相干物质波源。
• 采用拉曼或布喇格跃迁，对原子波包进行相干分裂、操控和重新组合。
• 测量由惯性或引力场引起的原子波函数相位移。
• 应用相位敏感检测技术，提取加速度、重力或旋转的信息。
• 将干涉仪路径间的相位差作为外部场测量的读出信号。
• 使用物质波在周期性势场中的薛定谔方程建模干涉仪响应。

实验结果

研究问题

• RQ1 利用玻色-爱因斯坦凝聚体的原子干涉测量能否以更高灵敏度检验等效原理？
• RQ2 如何利用原子干涉仪测量重力梯度中的微小倾角？
• RQ3 基于超冷原子物质波干涉测量的重力仪可实现多高的精度？
• RQ4 与热原子束相比，玻色-爱因斯坦凝聚体中的量子相干性和相位稳定性如何提升测量灵敏度？
• RQ5 原子干涉测量在探测弱引力场方面的基本极限是什么？

主要发现

• 本文通过玻色-爱因斯坦凝聚体的物质波干涉测量，实现了对等效原理的高精度检验。
• 通过测量暴露于重力梯度的原子干涉仪中差分相位移，实现了量子倾角计。
• 基于原子干涉测量的重力仪通过相干操控德布罗意波，实现了亚纳伽的分辨率。
• 使用玻色-爱因斯坦凝聚体可提高干涉测量中的相位稳定性和信噪比。
• 由于原子波包具有长相干时间，该方法能够探测微小的惯性和引力扰动。
• 理论与实验结果证实，利用冷原子实现下一代量子传感器在地球物理学和基础物理中的可行性。