锶原子光晶格钟平台上首次观测到弗洛凯准粒子干涉效应

  作为下一代时间标准的重要候选者之一，锶原子光晶格钟平台具有超强稳定性和超高准确性等特点，它也是量子精密测量的利器，可精确探测相对论红移效应以及引力波等。根据弗洛凯（Floquet）理论，当一个量子系统被周期性驱动时，会激发出弗洛凯准粒子；如果采用两种不同的模式同时驱动，所产生的弗洛凯准粒子间的相对相位可导致量子干涉效应。但至今，人们一直未观测到这种量子干涉效应。

  最近，来自重庆大学物理学院的汪涛博士和张学锋教授带领的理论团队，与中国科学院国家授时中心常宏研究员带领的实验团队紧密合作，在国际上首次观测到弗洛凯准粒子的干涉效应 [1]。实验装置图如图1(a)所示，其中锶原子被冷却到3μK，并被囚禁在光晶格中。当晶格激光频率被周期性驱动时，锶原子会被激发出的弗洛凯准粒子所包围，在这些弗洛凯准粒子的辅助作用下，锶原子会在其能级与钟激光频率不匹配的情况下发生跃迁。如果同时驱动晶格激光和探测激光，激发出的弗洛凯准粒子间的初始相位差会导致干涉效应。因此，初始相位差的调控便成为了实验成功的关键。为此，需要将驱动频率限制在百赫兹量级甚至以下。

  在课题组所采用的锶原子光晶格钟平台中，钟激光的频率可达到惊人的毫赫兹级别 [2]，为实验成功奠定了坚实的基础。此项研究成果不仅有助于深入地理解弗洛凯理论，同时也实现了光晶格钟平台上量子模拟从“0”到“1”突破。作为应用，如果将相对相位与量子材料中的动量相对应，则可将描述系统的哈密顿量与描述长程相互作用的Su-Schrieffer-Heeger模型完全对应起来，从而很好地模拟高拓扑数的一维拓扑绝缘体。