摘要：随着量子技术领域的不断扩展，对准确可靠的测量工具的需求变得越来越重要。其中之一就是量子温度计，一种能够以卓越的精度测量微小温度变化的设备。在题为《Primary quantum thermometry of mm-wave blackbody radiatio
随着量子技术领域的不断扩展，对准确可靠的测量工具的需求变得越来越重要。其中之一就是量子温度计，一种能够以卓越的精度测量微小温度变化的设备。在题为《Primary quantum thermometry of mm-wave blackbody radiation via induced state transfer in Rydberg states of cold atoms》开创性论文中，研究人员介绍了一种利用里德伯原子独特性质来实现精确测温的新方法。
里德伯原子是一类具有大主量子数的高度激发态原子，具有夸张的原子特性。这些原子具有大的电偶极矩，使它们对外部电场（包括毫米波（mm波）辐射）特别敏感。这种敏感性是研究人员开发的创新量子温度计的基础。
传统的测温方法在处理低温或小温度梯度时往往面临精度和灵敏度的限制。这篇论文介绍的原量子温度计通过利用里德伯态和黑体辐射（BBR）之间的相互作用来解决这些限制。
本研究的理论基础是了解里德伯原子如何与mm波BBR相互作用。通过在冷原子中准备特定的里德伯态并追踪其在环境BBR作用下的态转移，研究人员可以测量辐射场的强度和波长。主要关注由于里德伯原子的电偶极矩相当大而受到BBR影响的跃迁。
方法包括以下关键步骤：
里德伯态的准备：首先在冷原子中准备定义良好的里德伯态。这些状态由于其显著的电偶极矩而对mm波BBR高度敏感。诱导态转移：当暴露于BBR时，里德伯原子经历态转移，移动到相邻的能量态。这些转移是由里德伯原子的电偶极矩与mm波辐射的相互作用驱动的。状态动态的测量：使用选择性场电离技术，精确读取里德伯态的状态，监测这些状态的时间动态。这种方法提供了BBR诱导转移如何影响不同状态的详细信息。数据分析和理论建模：使用理论模型对实验数据进行分析，这些模型考虑了里德伯态与BBR之间的相互作用。这些模型帮助量化BBR场的温度。实验装置旨在创造一个受控环境，在其中可以在冷原子中准备里德伯态并暴露于受控的mm波BBR场。实验装置的关键方面之一是使用选择性场电离技术精确测量里德伯态的状态动态。
在实验中，研究人员专注于测量130 GHz频率的BBR场。通过追踪里德伯态中的诱导态转移，他们证明了状态动态对温度变化高度敏感。这种灵敏度使得能够精确表征BBR场的温度，并提供可靠的原温度标准。
本文所描述的原量子温度计具有几项显著优点：
高灵敏度：里德伯态对mm波BBR的敏感性使其能够以高精度检测微小的温度变化。无需校准：这种方法本质上无需校准，减少了潜在的误差来源，确保了长期可靠性。可追溯到SI单位：该技术提供了直接可追溯到国际单位制（SI）的原温度标准，确保温度测量的准确性和一致性。多用途性：该方法可应用于各种温度范围和环境，适用于广泛的科学和工业应用。这种量子温度计的潜在应用涵盖了多个领域：
量子计算：在量子计算环境中，精确的温度控制至关重要，因为热波动会影响量子位的性能和相干时间。基础物理：在探讨低温物质基本特性的实验中，准确的温度测量是至关重要的。工业工艺：高精度测温对需要严格温度控制的行业，如半导体制造和化工处理，有着重要意义。利用冷原子的里德伯态通过诱导态转移进行原量子测温的发展，标志着精密计量领域的一个重要里程碑。这种创新方法利用里德伯原子的独特性质，实现了无与伦比的温度测量精确度，解决了传统测温方法的许多局限性。
来源：万象经验