美國JILA實(shí)驗(yàn)室的研究人員提高了其“鑷子原子鐘”的信號(hào)功率，并首次對(duì)性能進(jìn)行了測量，證明該“鑷子鐘”的穩(wěn)定性已接近新一代原子鐘的最好水平。這種原子鐘使用激光鑷子捕獲、控制和隔離原子，為利用量子物理提高鐘的性能以及量子信息處理、量子模擬和測量科學(xué)中的未來應(yīng)用提供了獨(dú)特的可能性。該項(xiàng)成果發(fā)表在新一期《自然》雜志上。

研究人員通過比較鑷子鐘的兩個(gè)不同區(qū)域來測量其穩(wěn)定性，其性能接近JILA的3D鍶晶格鐘（通過兩個(gè)光晶格鐘之間的常規(guī)比對(duì)能夠驗(yàn)證3D系統(tǒng)的穩(wěn)定性）。 

圖：JILA的鑷子鐘使用光鑷控制多個(gè)鍶原子

研究人員稱，此項(xiàng)工作的重要突破是找到了一種保持量子相干性同時(shí)制備多個(gè)原子的方法，原子數(shù)比去年增加了30倍，足夠多的原子能夠?qū)崿F(xiàn)自我比較和更長相干時(shí)間的觀察。此外，結(jié)合了可擴(kuò)展性、相干性和單粒子控制的方法，還為量子信息處理和模擬建立了體系。

像普通金屬鑷子一樣，激光鑷子可以精確控制單個(gè)原子。擁有數(shù)百個(gè)原子的鑷子鐘具有信號(hào)強(qiáng)和穩(wěn)定性高的特點(diǎn)，研究人員下一步還將把目標(biāo)提高到上千個(gè)原子。

除計(jì)時(shí)之外，研究人員期待將鑷子平臺(tái)用于量子計(jì)算和模擬以及可編程量子傳感器。光學(xué)鑷子可用來“糾纏”原子，“量子糾纏”能夠提高鐘和傳感器的測量靈敏度，還可能用于量子邏輯運(yùn)算和量子處理模擬。

該項(xiàng)工作得到了美國軍研辦公室，美國空軍科學(xué)研究所，美國國防先進(jìn)研究計(jì)劃署，JILA國家科學(xué)基金會(huì)物理前沿中心和美國國家標(biāo)準(zhǔn)與技術(shù)研究院（NIST）的支持。

（譯：車薇娜 / 圖：JILA）