對時間測量精度的不斷追求，驅使著物理學家們探索量子力學的奇妙領域。利用原子躍遷的固有穩定性，光學原子鐘已成為最精確的計時工具。而在這個領域的最前沿，則是追求超窄線寬和長相干時間，這些特性轉化為卓越的原子鐘穩定性。

最近，發表在《物理評論快報》上的一項突破性研究，通過在鍶原子中的磁四極躍遷中展示微赫茲級的長壽命相干性，精準地實現了這一目標。這一成就對光學原子鐘和量子技術的未來具有重大意義。

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這項研究報告了鍶88原子基態（1S?）和亞穩態（3P?）之間的躍遷，這種躍遷被歸類為磁四極躍遷，因為它涉及原子磁形狀的變化，而不是電子電荷分布的變化。傳統上，光學原子鐘由于其與光的耦合更強，而專注于電偶極躍遷。然而，磁四極躍遷由于其預測的超窄線寬，具有巨大的潛力。

研究人員采用了一種狀態不敏感的光學晶格來限制鍶原子，并實現了超過97%的異常激發分數。這種對原子集合的精細控制，最大限度地減少了外部噪聲，并使他們能夠觀察到窄至58赫茲的線寬。線寬是相干時間的關鍵指標，為了進一步探究相干時間，研究團隊使用 Ramsey光譜測量，這是一種用精確定時的激光脈沖操縱原子狀態的技術。

這項技術揭示了14毫秒的相干時間，這已經相當令人印象深刻了。然而，研究人員并沒有止步于此，他們采用了一種自旋回波序列，一種可以有效抵消某些類型噪聲的復雜脈沖序列，將相干時間延長至驚人的266毫秒。這意味著編碼在原子狀態中的量子信息可以保持更長的時間，為更精確的鐘測量鋪平了道路。

這項研究最令人興奮的成果之一，是確定了磁四極躍遷的自然線寬僅為24微赫茲。這一數值證實了長期的理論預測，并表明了這種躍遷固有的卓越穩定性。這為開發具有無與倫比精度的下一代光學原子鐘打開了大門。

這項工作的意義遠遠超出了原子鐘的范圍。磁四極躍遷中實現的長壽命相干時間，使鍶原子成為量子信息處理和量子模擬的極具吸引力的候選者。這些領域依賴于對量子比特的操縱，長相干時間對于保持量子信息的完整性至關重要。處于3P?狀態的鍶原子，憑借其卓越的相干特性，可以作為可靠的量子比特，實現復雜量子算法和模擬的實現。

總而言之，新研究代表了原子物理學領域的重要飛躍。通過在磁四極躍遷中展示微赫茲級的長壽命相干性，他們為開發超精確光學原子鐘和先進量子技術開辟了新途徑。這項工作為計時精度達到前所未有的水平奠定了基礎，并為新興的量子計算和模擬領域開創了突破性進展的道路。