【《PhotoniX》2025年12月15日】近日，山西大学张临杰团队在里德堡原子精密测量研究中取得新进展，在《PhotoniX》上发表了题为“Sub-shot-noise Rydberg EIT spectrum”的研究文章，首次在里德堡原子电磁诱导透明光谱测量中引入压缩态光场，利用压缩光替代相干态探测光，并在光学读出中保持了亚散粒噪声特性，验证了里德堡原子作为一种低噪声量子光–物质接口的可行性和优越性。

量子精密测量核心目标之一是如何突破海森堡不确定性原理设定的标准量子极限。近年来，随着量子态制备和操控技术的快速发展，特别是非经典光场和原子纠缠态在高灵敏磁场测量、引力波探测以及等离子体传感等精密测量和传感技术中的应用，已经展现出了巨大的潜力。基于缀饰里德堡原子的微波超外差探测技术的灵敏度指标目前已趋近原子标准量子极限，降低激光散粒噪声成为进一步提升微波探测性能的重要手段。利用压缩态光场替代相干光场，能够直接降低光读出噪声，已成为原子传感技术超越散粒噪声极限最为有效的方法。然而，光与原子介质的吸收、散射等效应导致压缩态光场无法保持其量子压缩优势，从而严重限制了量子增强方案在基于原子体系的量子精密测量与传感技术中的应用。

针对上述难题，研究团队首次利用里德堡电磁诱导透明效应，将制备到铯原子D₂线压缩真空态光场作为探测光，结合多普勒匹配的原子速度选择机制与相干耦合光的双光子共振激发，将原子构建为一个可调损耗的介质。在原子介质透过率为88.9%的条件下，实现了压缩态光场在传播过程中的 90.4% 噪声压缩保持效率。通过利用Heisenberg–Langevin 方程推导的噪声谱公式拟合实验数据，定量分析表明，原子吸收损耗对压缩退化的贡献为15.7%，而原子额外噪声的贡献仅为2.4%。本研究不仅演示了压缩态光场在里德堡原子介质中的高保真传输，也为量子增强原子传感与高灵敏微波测量等精密测量技术提供了重要参考。展望未来，将压缩真空态位移为明亮压缩态，可直接实现量子增强的里德堡原子微波电场测量，为相关量子精密测量应用开辟新的技术路径。

（摘自H. Yan, M. Jing, Y. Tong et al., Sub-shot-noise Rydberg EIT spectrum, PhotoniX 6, 54 (2025).）

（汪宝编译）

图1 量子体系下的里德堡电磁诱导透明实验装置。Ⅰ. 压缩真空源，产生与铯原子D₂谱线近共振的压缩真空光场。Ⅱ. 里德堡原子电磁诱导透明光谱装置。Ⅲ. 采用两个光电二极管PDHD1和PDHD2的平衡零差读出系统，用于测量探测场中的噪声水平。