科技日报记者 王海滨
山西大学激光光谱研究所贾锁堂教授和肖连团教授带领团队，在国际上首次实现里德堡原子微波超外差接收机样机，极大提升了微波电场场强的探测灵敏度，微波测量灵敏度达55nV/(cm·Hz1/2)，优于之前国际最好水平【Nat. Phys. 8, 819–824 (2012)】1000倍，最小可探测微波场强约400pV/cm，优于之前国际最好水平10000倍。
该团队的相关研究成果“Atomic superheterodyne receiver based on microwave-dressed Rydberg spectroscopy”于2020年9月发表于Nature Physics (自然·物理学)。论文第一作者为博士研究生景明勇、共同第一作者为胡颖教授，通讯作者为张临杰教授和肖连团教授，研究人员还包括马杰教授、张好副教授。
微波是人类观察世界的另一只“眼睛”，利用微波遥感技术可以测绘人类难以涉足地区的地形地貌、探索广袤神秘的宇宙太空。
经典微波测量方法通过微波诱导金属中自由电子产生有规律的感应电流来提取微波电场的信息。然而金属中的自由电子具有随机热运动特性在感应电流中引入随机热噪声，这是经典微波测量方法实现超高灵敏度探测难以突破的瓶颈。
山西大学团队提出的基于可控原子体系的微波超外差测量新原理和新技术，从根本上避免了经典微波测量方法中自由电子随机热噪声的影响。他们提出了基于可控里德堡缀饰态与微波电场相干耦合新原理，完成了Hz量级超窄线宽激光的大范围连续可调谐、相位及强度噪声压缩等技术攻关，实现了里德堡量子态精确制备和操控。他们的研究突破微波量子测量的场强和极化测量局限，实现了利用里德堡原子对微波电场相位和频率的测量。特别值得一提的是，他们完成了X波段雷达测速样机的功能演示，最小速度分辨率达到5μm/s (3mHz)，可用于对超低速度运动目标到超高速飞行器的探测。这种超外差极微弱微波电场的场强测量值具有良好的可溯源性。
肖连团教授对科技日报记者说，该项研究成果极大地推动了微波电场精密测量领域的发展，在国防安全、微波通信、量子计量、电子信息等领域具有重要的应用价值。
基于原子体系的微波精密测量原理图
原子超外差测量的实验系统。（受访者供图）
编辑：宋慈（实习）
审核：管晶晶
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