7月1日，光学领域顶级期刊《激光与光子学评论》(Laser & Photonics Reviews)在线刊发了物理学院量子光科学中心吕新友教授课题组题为“Quantum Magnetometer with Dual-Coupling Optomechanics”的研究论文。我校为论文唯一单位，论文作者包括2018级博士生朱贵蕾（第一作者），引力中心刘京副研究员，量子光科学中心吕新友和吴颖教授，其中吕新友为论文通讯作者。
超高灵敏度的磁场探测在基础物理学和先进技术中发挥着关键作用，如地质勘探、航空航天、生物医学诊断和成像等。腔光力系统为量子精密测量提供了重要平台。与传统磁力计相比，光力磁力计具有体积小，灵敏度高，易于集成操作等优点。近年来，高精尖技术的发展对磁场探测的精度提出了更高的要求，利用量子理论提高片上型磁力计的灵敏度成为重要的研究课题。
图1双耦合光力系统中量子磁强计的示意图。该磁力计的最优灵敏度（绿色实线）以及考虑耗散情况下具体测量的灵敏度（紫色圈）随压缩参数的变化。
课题组提出了一个基于双耦合光机械系统的高精度量子磁力计。在此系统中，辐射压力耦合将磁信号从机械振子传递到光学相位，二次光机械耦合可以诱导机械振子的周期性压缩效应。他们发现，这个周期性压缩效应不仅可以指数放大被测磁信号，而且可以加快信号从声子到光学模式的转换率。在光-机械解耦时间附近，估测磁信号的基本约束被指数降低，从而使得当可控的压缩参数r<1时，磁信号参数估计的最佳精度提高近三个数量级。该方案对热噪声具有鲁棒性，并且不需要机械振子的基态冷却。在目前实验可允许的条件下，该项工作预言的具体测量的灵敏度可以达到10-17T/Hz。该方案可以用来探测与机械振子线性相互作用的不同物理场的强度。通过联系双耦合光机械学和量子度量学，该工作为实现高精度的片上磁场测量提供了新思路和新方法。
图2 （a）机械模式的周期性压缩效应；（b）t时刻系统态的投影；（c）环境噪声对经典Fisher信息与灵敏度的影响。
该工作得到了国家自然科学基金委项目和科技部重点研发计划的支持。
论文链接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/lpor.202100636
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