铝离子光频标宏运动频移的控制

Aluminum optical is the most accurate optical clock for now, and its uncertainty in the Doppler shift due to the residual excitation of the motional modes is a dominant contribution to the total clock uncertainty. As it's can be reduced by laser cooling, it has become one of the most important issues in the field. This project proposed to use sympathetic electromagnetically induced transparency cooling technology to overcome the Doppler cooling limit on our Aluminum ion optical clock. With the help of a numerical model, the vibration energy of the ions will be accurately evaluated and make the frequency shift uncertainty due to the motional modes to the order of E-19 level. This study will be a great step to improve the uncertainty of ion optical clock and of great significance in the field of quantum precision measurement.

铝离子光频标是当前不确定度指标最高的光频标，运动频移是限制其不确定度最为重要的因素，其中来自离子宏运动的频移可被激光冷却控制，是该领域最为重要的问题之一。本项目基于当前已经建立起的铝离子光频标系统，拟利用协同电磁感应透明冷却的手段进一步降低铝离子宏运动的能量至多普勒冷却极限之下，并借助数值模型的方式准确评估离子基态附近的振动能量分布，期望将铝离子的宏运动频移不确定度控制到 E-19 量级。本研究对于有望提升离子光钟的不确定度指标，在量子精密测量领域具有重要意义。

铝离子光频标是当前不确定度指标最高的光频标，运动频移是限制其不确定度最为重要的因素，其中来自离子宏运动的频移可被激光冷却控制，是该领域最为重要的问题之一。本项目基于当前已经建立起的铝离子光频标系统，用协同电磁感应透明(EIT)冷却的手段进一步降低铝离子宏运动的能量至多普勒冷却极限之下，并辅助数值模型采用钙离子作为探针，通过钙离子窄线宽量子比特跃迁和运动态的耦合，准确评估了离子的振动能量分布。项目实现的方案可将铝离子的宏运动频移不确定度控制到 E-19 量级，项目通过研究钙-铝离子宏运动的耦合，设计实现了利用钙离子监测不可见的铝离子运动能量的方法，可用于钙-铝离子对的高效装载，解决了铝离子有限寿命对钙-铝离子光钟运行率的影响。本研究的研究成果不仅可提升离子光钟的不确定度和运行率以及稳定度指标，还可应用于未来多离子光钟和纠缠增强光钟研究，对推动离子光钟发展有重要意义。