Cold-atom source of strontium for Quantum Technology

用于量子技术的锶冷原子源

基本信息

  • 批准号:
    EP/Y004175/1
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 74.85万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    英国
  • 项目类别:
    Research Grant
  • 财政年份:
    2023
  • 资助国家:
    英国
  • 起止时间:
    2023 至 无数据
  • 项目状态:
    未结题

项目摘要

Accurate navigation on earth and in space relies on precise and accurate timekeeping. Better clocks will give faster data transfer, improved positioning, and new science applications. A significant and increasing fraction of the UK GDP depends on Global Navigation Satellite Systems (GNSS) technologies. Location based services associated with mobile broadband services are driving further growth. Thus ensuring the proper dissemination of time from the worldwide network of National Metrology Institutes (NMIs) is essential to the functioning of the economy and infrastructure of the UK, and other developed countries. Networked systems have vulnerabilities, however, and these risks need to be mitigated by having standalone oscillators distributed in the system that can continue providing the required service. The new generation of optical clocks provides a 100 times better performance and will enhance the capabilities of GNSS. As systems evolve to make use of this higher precision it is vital to improve the `holdover' technology in order to guarantee continuity. Atomic microwave clocks have been available commercially for many years and are at the heart of communication systems, e.g. a contributor to the synchronization of GPS is the ensemble of over 50 devices maintained at the US Naval Observatory. Clocks use the internal energy levels of atoms to control the frequency of an oscillator accurately. Optical clocks that use lasers to interrogate atomic transitions are several orders of magnitude better than devices based on microwave transitions because the optical transitions have higher frequency and are chosen to have a higher 'quality factor'. Laser cooling of atoms has revolutionised timekeeping and this dramatic change is spreading to other quantum technologies for precision measurements such as matter-wave interferometers used as inertial sensors for navigation and gravimeters for surveying. There are also major research applications of atom interferometry in fundamental physics such as new types of detector for dark matter and gravitational waves. The experimental methods that are being developed to build atom interferometers with large baselines (kilometre scale) use the special properties of the extremely narrow clock transition in strontium atoms and adapt the technology that has been developed for optical clocks. This project seeks to develop a source of laser-cooled strontium atoms that is a key component in the supply chain for the fabrication of the next generation of such quantum devices.This project will support the development of a high-flux cold-atom source of strontium to a Technology Readiness Level at which it can be supplied to others for integration into instruments. We will also test new aspects of atom sources such as pulsed operation to prolong the lifetime, which is an important consideration for the deployment of clocks and quantum instruments outside of research laboratories, for example in projects to build very large-scale interferometers in deep shafts where access is restricted.
地球上的准确导航依赖于精确而准确的计时。更好的时钟将提供更快的数据传输,改进的定位和新的科学应用程序。英国GDP的大量且增加的部分取决于全球导航卫星系统(GNSS)技术。与移动宽带服务相关的基于位置的服务正在推动进一步的增长。因此,确保从全球计量学院(NMI)网络中适当地传播时间对于英国和其他发达国家的经济和基础设施的运作至关重要。但是,网络系统具有漏洞,但是,将独立振荡器分布在系统中,可以继续提供所需的服务,从而减轻这些风险。新一代的光学时钟可提供100倍的性能,并将增强GNSS的功能。随着系统的发展来利用这种更高的精度,至关重要的是改善“持有”技术以确保连续性。多年来,原子微波钟已经在商业上可用,并且是通信系统的核心,例如GPS同步的贡献者是在美国海军天文台维护的50多个设备的合奏。时钟使用原子的内部能级来准确控制振荡器的频率。使用激光询问原子过渡的光学时钟比基于微波跃迁的设备好几个数量级,因为光学转变的频率更高,并且被选择具有更高的“质量因子”。原子的激光冷却已经彻底改变了计时,这种戏剧性的变化正在扩展到其他量子技术,以进行精确测量,例如用于导航的惯性传感器和用于测量的重建器的惯性传感器。在基本物理学中,原子干涉法的主要研究应用,例如用于暗物质和重力波的新型检测器。正在开发的实验方法以大基线(千米尺度)构建原子干涉仪,使用跨原子中极狭窄时钟过渡的特性,并适应为光学时钟开发的技术。该项目旨在开发一种激光冷却跨原子的来源,该原子是供应链中下一代这种量子设备的供应链中的关键组成部分。该项目将支持开发高加速原子延伸源的技术,以开发技术就绪水平,可以将其提供给其他人,以将其提供给其他人,以将其集成到乐器中。我们还将测试原子源的新方面,例如脉冲操作以延长寿命,这是在研究实验室以外部署时钟和量子仪器的重要考虑因素,例如,在限制访问限制的深层轴上建立非常大规模的干涉仪的项目中。

项目成果

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