QuSeC-TAQS: Compact and Robust Quantum Atomic Sensors for Timekeeping and Inertial Sensing

QuSeC-TAQS:用于计时和惯性传感的紧凑且坚固的量子原子传感器

基本信息

  • 批准号:
    2326784
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 200万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    美国
  • 项目类别:
    Continuing Grant
  • 财政年份:
    2023
  • 资助国家:
    美国
  • 起止时间:
    2023-09-01 至 2027-08-31
  • 项目状态:
    未结题

项目摘要

Cold atoms are the workhorses of precision measurements. They provide universal standards for time and frequency, and stable platforms for tests of fundamental physics such as the equivalence principle between gravitational and inertial mass. Despite the transformative potential for mobile devices based on cold atoms to revolutionize timing, or navigation without Global Positioning System (GPS), cold-atom clocks and interferometers have largely remained laboratory-scale devices. The limited use of cold-atom systems outside of laboratory environments is due to the size and complexity of most cold-atom instruments, as well as their sensitivity to physical conditions that are not being directly measured, such as ambient temperature variation, stray electromagnetic fields, and subtle deformation of the components. The aim of this project is to overcome implementation challenges with cold-atom sensors and demonstrate compact and mobile atomic clocks and accelerometers that maintain state-of-the-art performance in the field, outside of laboratory conditions.This project will develop two cold-atom quantum sensing platforms that share a common technology base and have complementary functionalities. A transportable cold-rubidium atom interferometer will provide differential acceleration measurements, and a portable cesium optical lattice clock will support timing in remote locations. These devices will be useful for applications in navigation, fundamental physics studies, and spatially resolved measurements of gravitational fields. To miniaturize and ruggedize these cold-atoms systems, the project will develop and integrate a set of photonic chip-scale hardware and algorithms, comprising a “quantum sensor toolkit”, that include lasers and optics, optimized quantum algorithms for sensor fusion and calibration, and optimal leveraging of entanglement. These approaches will broaden the utility of cold-atom sensors in real-world scenarios and enable scientific investigations outside of the lab, for example, gravity surveys on challenging terrains and precision measurements at the poles or in space.This award reflects NSF's statutory mission and has been deemed worthy of support through evaluation using the Foundation's intellectual merit and broader impacts review criteria.
冷原子是精确测量的工作主场。它们为时间和频率提供了通用标准,以及稳定的平台,用于测试基本物理学的测试,例如重力和惯性质量之间的等效原理。尽管基于冷原子的移动设备具有变革性的潜力,以彻底改变时间或没有全球定位系统(GPS)的导航,但冷原子时钟和干涉仪基本上仍然是实验室规模的设备。实验室环境以外的冷原子系统的使用有限是由于大多数冷原子仪器的大小和复杂性以及它们对未直接测量的物理状况的敏感性,例如环境温度变化,杂散电磁场以及组件的微妙变形。该项目的目的是通过冷原子传感器来克服实施挑战,并展示紧凑的和移动原子时钟和加速度计,以在实验室条件之外维持该领域的最先进性能。该项目将开发两个冷原子量子传感平台,它们具有共同的技术基础并具有完整的功能。可运输的冷rubidium原子干涉仪将提供差异加速度测量,并且便携式剖宫产时钟将支持偏远位置的时机。这些设备将用于导航,基本物理研究以及重力领域的空间解决测量值的应用。为了使这些冷原子系统的小型化和加强,该项目将开发和整合一组光子芯片尺度的硬件和算法,完成“量子传感器工具包”,其中包括激光和光学,优化了用于传感器融合和校准的量子算法,以及Entangangelect的最佳杠杆。这些方法将扩大在现实世界情景中冷原子传感器的实用性,并在实验室之外启用科学研究,例如,重力对挑战地和太空中的挑战地和精确测量进行了调查。这奖反映了NSF的立法任务,并通过对基金会的知识优点进行评估,并以评估的支持为Crabitia cripitia cribitia cristia cribia cristia cribia cristia cribia cristia cribitia cristia cristria croperia cristia croperia cristia croperia cristria croperia cristria croperia crsidia croperia crsidia均具有宝贵的支持。

项目成果

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