鍶88（88Sr）作為一種中性原子，在量子計算領(lǐng)域具有巨大的應(yīng)用潛力。它屬于堿土金屬元素，具有特殊的能級結(jié)構(gòu)，這使得它在量子計算和量子模擬中非常有用。鍶原子可以從亞穩(wěn)態(tài)激發(fā)到里德堡態(tài)，這一過程中存在合適波長的光鑷可以同時捕捉亞穩(wěn)態(tài)和里德堡態(tài)原子，有效抑制激發(fā)過程中多普勒效應(yīng)引起的退相干，有望大幅提高多量子比特操控保真度。
近期，香港科技大學(xué)相關(guān)課題實驗組采用鑫圖Aries 16和進(jìn)口sCMOS相機對鍶88原子進(jìn)行實驗研究。如圖1所示，研究人員使用Aries 16相機對鍶原子461nm波段的信號獲得了高信噪比的圖像。
圖1 Aries 16 鍶原子461nm的成像效果
鍶原子光晶格鐘的核心部件通常包括：冷原子光晶格量子參考體系、超穩(wěn)本地振蕩器和飛秒光學(xué)頻率梳等。其中，量子參考體系使用光晶格來捕捉原子，通過高靈敏度探測器對這些原子躍遷產(chǎn)生的熒光進(jìn)行探測并實現(xiàn)原位測量，從而研究原子之間的相互作用，或者獲得原子數(shù)與熒光信號強度的對應(yīng)關(guān)系。由于光晶格中的原子運動狀態(tài)類似于熱運動，對探測器靈敏度要求很高，才能確保足夠的時間分辨率。
當(dāng)鍶原子的格點距離為9 μm時，研究人員對比了Aries 16與進(jìn)口sCMOS相機(bin2)的成像結(jié)果。如圖2所示，Aries 16在曝光時間為70ms時的信噪比水平相當(dāng)于sCMOS相機（bin2）在100ms曝光時的水平。這表明Aries 16的靈敏度優(yōu)于sCMOS相機，在弱光成像領(lǐng)域具有明顯優(yōu)勢。
圖2為Aries16與進(jìn)口sCMOS相機的數(shù)據(jù)對比，格點距離為9 μm。圖A為Aries16相機70ms原始圖像；圖B為sCMOS相機(bin2)100ms原始圖像，圖C和圖D為格點上熒光點信號（每幀選取18個點位置）多幀數(shù)據(jù)的直方圖統(tǒng)計。兩峰分別代表兩種不同強度的原子狀態(tài)，兩峰之間的分離度可以用于估算信噪比。
Aries 16 創(chuàng)新性地利用鑫圖先進(jìn)降噪技術(shù)和大像元芯片結(jié)構(gòu)設(shè)計相結(jié)合，大大提升了相機的弱光探測能力，為用戶提供了EMCCD國產(chǎn)替代的可行性解決方案；與進(jìn)口6.5μm sCMOS相機相比，無需binning即可獲得更高的光子收集能力，在冷原子弱光探測等領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。
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