当伽利略观测到摆的周期性运动那一刻起，人们不断通过寻找短周期的振荡过程来提高对于时间的测量精度。同时，当狭义相对论的光速不变原理被提出时，人们更加意识到时间的测量直接关系到其他物理量的精度，比如说长度。作为地面时频测量最准确的装置之一，锶原子光晶格钟已实现了E-18量级的准确度和E-19量级的稳定度，其频率敏感度足以在厘米量级精确检验广义相对论预言的引力红移效应。其原理便在于——利用消除了光频移和多普勒频移的锶原子1S0→3P0的禁戒跃迁来校准超稳钟激光的频率，使得短期稳定度很好的超稳钟激光拥有了优异的长期稳定度。
另一方面，基于弗洛凯（Floquet）理论，当一个二能级系统被周期性驱动时，其周围便会聚集弗洛凯准粒子，从而使得处于下能级的粒子可以通过吸收弗洛凯准粒子实现无法完成的跃迁过程，也就是弗洛凯准粒子辅助跃迁。此时，如果同时施以另一周期性驱动，那么两驱动之间的相对相位便会极大地影响系统的物理过程。然而，为了很好地控制相对相位，驱动频率需要限制在百赫兹级别，这就对测量精度提出了极大的挑战！光晶格钟便成为不二的选择。
重庆大学物理学院的汪涛博士和张学锋教授带领的理论团队，与中国科学院国家授时中心常宏研究员带领的实验团队紧密合作，提出并在实验上实现了对超冷锶原子光晶格钟的双周期驱动调制。实验人员将同源不同相位的两组信号分别输入声光调制器中，从而可以在对晶格激光进行频率调制的同时，对钟激光进行振幅调制。根据理论计算，调制晶格激光可以使原子周围产生大量的弗洛凯准粒子。同时，钟激光的振幅调制可以提供正负两种不同的跃迁通道。而当原子通过不同通道吸收弗洛凯准粒子完成跃迁过程时，其之间会产生两倍于初始相位差的相对相位。那么，干涉效应就会很自然的产生。通过拉比谱的测量，光晶格钟平台实验上很好地观测到了干涉相消效应，从而验证了理论的预言。有趣的是，描述系统的有效模型恰好可以同样描述具有长程相互作用的一维拓扑绝缘体。根据费曼提出的量子模拟概念，当一个精确可调系统的哈密顿量和另一个量子系统一致时，那么这个精确可调系统就可以看做是对真实系统的量子模拟。基于此，双周期调控下的锶原子光晶格钟平台正是对一维高绕数拓扑绝缘体的理想量子模拟平台。
研究者相信，此项研究不仅为深入研究弗洛凯理论提供了新的思路，同时为在光晶格钟平台上基于弗洛凯设计实现高精度，高稳定度和高可调性的量子模拟平台开辟了新的道路。
相关论文在线发表在Physical Review Letters（DOI: 10.1103/PhysRevLett.127.033601）上。
原文刊载于【InfoMat】公众号
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