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World File Search System原子钟
地球围栏：非机密深空雷达能力的全球扩展
我们描述了 ThothX (thothx.com) 的新型深空雷达技术 Earthfence 的全球扩张。Earthfence 是一种软件定义的脉冲压缩雷达技术，使大口径天线的操作员能够将其重新用于 GEO 单基地雷达。Earthfence 最初由 ThothX 位于渥太华附近的 46 米抛物面天线开发，目前已部署在该天线上，这是加拿大最大的全可控天线，可观测范围达一亿米的驻留空间物体，并提供近乎实时的米级范围精度，具有业界领先的延迟、节奏和自动化。该解决方案在 C 波段运行，完全数字化，雷达回波脉冲在低噪声放大后以复杂正交形式数字化，并转发给超级计算机集群进行分析，该超级计算机集群应用了包括脉冲解压缩在内的雷达处理算法。该系统无需人工干预即可将结果实时传输到包括统一数据库在内的存储库，ThothX 定期在 Sprint 高级概念训练 (SACT) 活动期间提供对 GEO 航天器的雷达观测数据，这是太空部队和商务部的一项联合举措。与传统雷达相比，Earthfence 采用新颖的硬件技术和非常低的放大器功率水平，几乎无法被观察目标探测到，因此它具有固有的抗干扰性。Earthfence 的高精度结果仅依赖于对氢原子钟频率标准的校准。
非线性 AlGaAs 芯片中光量子态的产生：工程与应用
量子技术让我们能够利用量子力学定律来完成通信、计算、模拟、传感和计量等任务。随着第二次量子革命的进行，我们期望看到第一批新型量子设备凭借其优越的性能取代传统设备。人们强烈要求将量子技术从基础研究转变为可广泛使用的标准。量子通信通过量子密钥分发保证了绝对安全的未来；量子模拟器和计算机可以在几秒钟内完成计算，而世界上最强大的超级计算机则需要几十年的时间；量子技术使先进的医学成像技术成为可能。还可能会出现我们目前无法预料的进一步应用。全球市场已经意识到量子技术的巨大潜力。作为该领域的先驱，Menlo Systems 为这些新挑战提供了商业解决方案。光子学和量子物理学之间的联系是显而易见的。量子模拟和计算使用冷原子和离子作为量子比特，世界各地的实验室都在此类实验中使用光学频率梳和超稳定激光器。量子通信通常依赖于单光子，这些光子由近红外 (-IR) 光谱范围内精确同步的飞秒激光脉冲产生。量子传感和计量需要频率梳和激光技术具有最高的稳定性和准确性。值得一提的是，光学原子钟正在取代国际单位制 (SI) 中秒的当前定义。
![arXiv:2102.11230v2 [physics.ins-det] 2021 年 4 月 13 日](/simg/1\169fa343fa4d4d23df65387892fb8f54bf44d44f.webp)
arXiv:2102.11230v2 [physics.ins-det] 2021 年 4 月 13 日
激光冷却的原子、离子和分子是值得研究的有趣而动态的系统，并且被用于开发许多量子技术。这些技术包括精密原子钟 1、2、量子计算机和模拟器 3、4 和量子传感器 5、6。原子、分子和光学 (AMO) 物理实验通常是来自不同来源和制造商的大量商用或定制仪器的组合，这些仪器需要同步且可重复地运行。同步是通过使用专门的软件套件来控制具有确定性时序的主数字模式发生器或时钟设备来实现的，该时钟设备向其他硬件设备发送触发信号。SpinCore 7 的 PulseBlaster 是一种基于现场可编程门阵列 (FPGA) 的商用设备，通常用作许多 AMO 实验 8 中的主时钟，并且与许多不同的软件套件兼容。许多大学团体还设计了基于微控制器或 FPGA 的定制设备作为主时钟。微控制器将处理能力与许多外设相结合，可直接与硬件接口，并已在各种物理实验中得到广泛应用 9 – 12 。另一方面，FPGA 可以灵活地修改整个系统架构以适应功能的变化，尽管它们需要更多的开发专业知识。尽管学习难度较大，但 FPGA 已成为许多物理实验中控制设备的常见选择，并且能够很好地适应更复杂的架构以及模块化架构 13 – 17 。控制实验的另一种方法是创建一个完整的软件和模块化硬件基础设施，并设计有内置时序同步功能。这种方法的两个商业示例是
PNT 愿景 2035 - Navisp
A2AD 反介入区域拒止 AAM 先进空中机动 ADAS 自动驾驶辅助系统 ADC 模数转换器 A-GNSS 辅助 GNSS AoA 到达角 AI 人工智能 AR 增强现实 CAS 商业认证服务 COTS 商用现货 CSAC 芯片级原子钟 D2D 设备到设备 DL-AoD 下行链路出发角 DL-TDOA 下行链路到达时间差 DME 测距设备 EASA 欧盟航空安全局 EDA 欧洲防务局 EKF 扩展卡尔曼滤波器 E-LORAN 增强型远程导航 EU 欧洲联盟 EUSPA 欧盟太空计划署 GEO 地球静止轨道 GDP 国内生产总值 GNSS 全球导航卫星系统 HAS 高精度服务 ICD 接口控制文件 IoT 物联网 IF 中频 INS 惯性导航系统 KF 卡尔曼滤波器 LANS 月球增强导航服务 LEO 低地球轨道 LCRNS 月球通信中继和导航系统 LITS 线性离子阱 LNA 低噪声放大器 LNSS 月球导航卫星系统 LORAN 远程导航 MAAS 海上自主表面 MCS 主控站 MEMS 微机电系统 MEO 中地球轨道多 RTT 多往返时间行程 NAVAC 导航创新支持计划咨询委员会 NLoS 非视距 OSNMA 开放服务 - 导航消息认证 PKF 粒子滤波器 PNT 定位导航和授时 PPP 精密单点定位 PRS 公共监管服务 PTF 精密授时设施 QKD 量子密钥分发 QoS 服务质量 QZSS 准天顶卫星系统 RAIM 接收器自主完整性监测 RF 射频
“观察共振荧光中过去和未来量子态之间的干扰”的补充信息
完整的实验装置如图 S1 所示。超导量子比特遵循文献 [1] 中描述的“3D transmon”设计。单个铝制约瑟夫森结与蓝宝石衬底上的两个 0.4 x 1 毫米天线相连，嵌入空的铝块腔中，固定在稀释制冷机的 20 mK 基温下。transmon 芯片采用电子束光刻、双角蒸发和氧化工艺制成隧道结。光谱测量得出量子比特频率 ν q = 5 . 19 GHz，与下一个跃迁相差非谐性 α/ 2 π = 160 MHz。测得的弛豫时间为 T 1 = 16 µ s，拉姆齐时间为 T 2 = 10 . 5 µ s。读出和驱动脉冲由微波发生器产生的两个连续微波音调的单边带调制产生，微波发生器分别设置在 ν c 0 + 62 . 5 MHz 和 ν q + 62 . 5 MHz，其中 ν c 0 = 7 . 74 GHz 是高功率下的腔体频率（图 S3.a）。调制是通过将这些连续波与 62.5 MHz 的脉冲正弦信号混合来完成的，后者由 4 通道泰克任意波形发生器的两个不同通道合成。所有源均由原子钟同步。两个脉冲合并并通过输入线发送到腔体的弱耦合输入端口，输入线在稀释制冷机的各个阶段用低温衰减器进行滤波和衰减，确保进入设备的热激发可以忽略不计。在静止阶段 (850 mK) 使用商用 (来自 K&L) 低通净化滤波器，截止频率为 12 GHz，而在基准温度下插入自制低通滤波器，该滤波器由封闭在装有 Eccosorb 的红外密封盒中的微带线组成。请注意，图 S1 中表示为“反射探针”的类似线已用于现场估计腔体输入和输出耦合率 Γ a,b = γ a,b
特刊 - Physikalisch-Technische Bundesanstalt
随着对光和物质波场的量子性质的研究取得最新进展，量子工程这一新领域应运而生。量子工程为量子计量学测试基本物理定律开辟了新视野，在空间和时间测量方面达到了前所未有的精度水平。相关的新型量子技术催生了原子钟和传感器，可在全球大地测量、惯性传感、导航和激光测距中得到广泛应用。德国联邦物理技术研究院 (PTB) 一直致力于开发超越最先进水平的精密测量技术。多年来，PTB 与汉诺威莱布尼茨大学 (LUH) 一直有着出色的合作伙伴，尤其是数学、物理和大地测量学院的研究所，以及马克斯普朗克引力物理研究所 (Albert Einstein Institute, AEI)，这些研究所在量子工程和密切相关领域开展着顶级研究。此外，与汉诺威激光中心 (LZH) 和不来梅大学应用空间技术和微重力中心 (ZARM) 的密切合作已被证明是卓有成效的。这个强大的社区是最终导致建立 QUEST（量子工程和时空研究中心）的先决条件，该中心是汉诺威莱布尼茨大学的卓越中心。因此，QUEST 汇集了这些合作伙伴的杰出专业知识，以在汉诺威-布伦瑞克地区共享知识并提高该地区的实力。该集群的核心思想是将量子工程、量子传感器、时空和使能技术这四个主要研究领域联系起来，并建立有前景的研究活动，特别是在这些领域的交界处。因此，PTB、LUH、AEI、LZH 和 ZARM 之间的未来合作将通过各种 QUEST 措施得到系统加强，例如通过在 PTB 校园内建立联合教授职位和研究小组。在本出版物中，读者将获得 QUEST 合作伙伴的概述以及 PTB 正在进行和计划中的 QUEST 相关研究活动。我们希望 PTB 的新 QUEST 研究所能够不负众望，为量子工程和时空研究的科学技术做出领先贡献。我们希望您喜欢阅读本期内容。
光晶格钟中的 p 波冷碰撞
被困在光场中的超冷碱土原子是丰富的物理系统，是量子信息处理 [ 1 – 4 ]、多体哈密顿量的量子模拟 [ 5 – 9 ] 和量子计量 [ 10 – 14 ] 的有吸引力的候选者。在每种情况下，同时询问许多原子都有助于提高测量精度，但也会产生高原子密度，并且有可能在具有多个原子的晶格位置发生原子间碰撞。对于量子信息和模拟，这些相互作用可能是一个关键特征；然而，对于量子计量，它们带来了不受欢迎的复杂性。例如，碰撞会导致原子钟中密度相关的频率偏移。在所有情况下，都需要很好地理解和控制这些相互作用。为了限制晶格钟中的相互作用，提出了使用超冷自旋极化费米子来利用 s 波碰撞的费米抑制，同时冻结更高的分波贡献。这种费米抑制源于量子统计，它规定相同的费米子粒子只能通过奇数分波碰撞。然而，在费米子 87 Sr（I ¼ 9 = 2）[ 11 , 15 , 16 ] 和 171 Yb（I ¼ 1 = 2）[ 12 ] 中测量到了微小的碰撞偏移，这可能会损害晶格钟的最终精度。我们发现，对于 87 Sr，即使最初无法区分的费米子，s 波碰撞也可能发生 [ 15 , 17 – 19 ]。这些碰撞之所以能够发生，是因为轻原子相互作用引入了一定程度的不均匀性，使费米子变得略微可区分。相比之下，使用 171 Yb，我们在此强调了 p 波碰撞在费米子晶格时钟系统中可以发挥的重要作用。在量子统计的帮助下，我们通过以最先进的精度进行测量以及定量理论模型，展示了 Yb 晶格时钟中冷碰撞的完整图像。此外，我们展示了消除碰撞偏移的新技术，可用于大大降低时钟不确定性。为了简化涉及许多晶格陷阱两级原子相互作用碰撞的复杂系统
特刊 - 德国联邦物理技术研究院
随着对光和物质波场的量子性质的研究取得最新进展，量子工程这一新领域应运而生。量子工程为量子计量学测试基本物理定律开辟了新视野，在空间和时间测量方面达到了前所未有的精度水平。相关的新型量子技术催生了原子钟和传感器，可在全球大地测量、惯性传感、导航和激光测距中得到广泛应用。德国联邦物理技术研究院 (PTB) 一直致力于开发超越最先进水平的精密测量技术。多年来，PTB 与汉诺威莱布尼茨大学 (LUH) 一直有着出色的合作伙伴，尤其是数学、物理和大地测量学院的研究所，以及马克斯普朗克引力物理研究所 (Albert Einstein Institute, AEI)，这些研究所在量子工程和密切相关领域开展着顶级研究。此外，与汉诺威激光中心 (LZH) 和不来梅大学应用空间技术和微重力中心 (ZARM) 的密切合作已被证明是卓有成效的。这个强大的社区是最终导致建立 QUEST（量子工程和时空研究中心）的先决条件，该中心是汉诺威莱布尼茨大学的卓越中心。因此，QUEST 汇集了这些合作伙伴的杰出专业知识，以在汉诺威-布伦瑞克地区共享知识并提高该地区的实力。该集群的核心思想是将量子工程、量子传感器、时空和使能技术这四个主要研究领域联系起来，并建立有前景的研究活动，特别是在这些领域的交界处。因此，PTB、LUH、AEI、LZH 和 ZARM 之间的未来合作将通过各种 QUEST 措施得到系统加强，例如通过在 PTB 校园内建立联合教授职位和研究小组。在本出版物中，读者将获得 QUEST 合作伙伴的概述以及 PTB 正在进行和计划中的 QUEST 相关研究活动。我们希望 PTB 的新 QUEST 研究所能够不负众望，为量子工程和时空研究的科学技术做出领先贡献。我们希望您喜欢阅读本期内容。
在新加坡科学中心探索量子世界
强大的新计算机，可以衡量时间和重力最小变化的牢不可破的加密和传感器：这些是量子技术突破所期望的许多结果中的一些。为了在这个快速增长的研究领域引起人们的关注，新加坡科学中心及其合作伙伴出席了量子：展览。全球首次关注量子科学技术的旅行展览，量子：展览是由加拿大滑铁卢大学的量子计算研究所（IQC）开发的。新加坡的安装包括旨在补充原始展览的本地研究的全新展览。这些新材料得到了六个在量子技术中作用的本地组织的支持，并在新加坡科学中心开发。赞助新加坡展览的组织是科学，技术与研究机构，新加坡国立大学（NUS），Nanyang Technological University，新加坡国家研究基金会和国家超级计算中心的量子技术和研究中心。展品包括一个在火箭爆炸，量子计算的实验设备以及对原子钟的动画介绍中幸存下来的量子卫星。参观者还将在视频采访中介绍了该国一些鼓舞人心的年轻量子科学家。超过30多个本地专家为新展示的发展做出了贡献。“量子物理学可以说是人类文明历史上最大的知识分子胜利，但其声誉通常是神秘而困难的声誉。与Quantum：展览中，我们希望使科学学科变得不那么遥远，更相关，以使各个时代和背景的人发现。一直是我们为客人创造机会受到科学奇迹并最终推动可能性的启发的机会。该项目是由IQC的研究合作伙伴CQT启动的。“我们很荣幸能与我们的共同赞助商和研究合作者一起展示量子：展览。我们希望新加坡的年轻人能参观，兴奋并对他们一生中如何体验量子技术进行深思熟虑。我们这一代的科学家正在提供构建量子技术的工具。由下一代决定我们可以与他们一起做的一切。总的来说，互动展览在五个不同区域占地约4,000平方英尺。它通过创造性的讲故事和游戏体验的混合来为科学概念带来生活。访客从量子概念开始，浸入计算史，然后深入探讨量子技术的潜力。积极的学习者和思想家将享受从令人难以置信的量子纠缠概念到量子计算机令人敬畏的前景的旅程！在量子世界中，您只能通过查看它来改变某些内容。
Elwood.F.Agasid@nasa.gov
地月自主定位系统技术操作和导航实验 (CAPSTONE) 任务由 NASA 与科罗拉多州威斯敏斯特的 Advanced Space, LLC 合作开发。这项技术演示任务是月球周围近直线晕轨道 (NHRO) 操作的探路者。NHRO（近月点 = 3,200 公里；远月点 = 70,000 公里）是 NASA 的 Artemis Gateway 的预定轨道，Artemis Gateway 是一个计划在月球轨道上运行的小型载人空间站。CAPSTONE 任务将验证模拟并确认 Gateway 的运行计划，同时验证 Gateway 动力和推进元件的导航和驻留要求的性能。因此，该任务将为 NASA、商业和国际任务提供在苛刻的轨道范围内运行的运行经验。CAPSTONE 任务由 Terran Orbital Corporation 开发、集成和测试的 12 单元 (U)+ CubeSat 组成，它携带一个有效载荷通信系统，能够与 NASA 的月球勘测轨道器 (LRO) 进行交联测距。CAPSTONE 包含一个芯片级原子钟 (CSAC)，用于与 NASA 的深空网络进行单向测距实验，一个专用的有效载荷飞行计算机用于软件演示，以及一个摄像头。此次发射由 NASA 的发射服务计划协调，由 Rocket Lab 在其 Electron 运载火箭上使用其 Photon 上面级部署 CAPSTONE 航天器。该任务于 2022 年 6 月 28 日发射。CAPSTONE 航天器从光子级部署，经历了大约 4 个月的高度燃料效率转移阶段，于 2022 年 11 月 13 日进入 NRHO，进行为期六个月的主要任务阶段。该任务目前处于为期十二个月的技术增强运营阶段。CAPSTONE 技术演示任务由 Advanced Space, LLC 领导。航天器开发和任务运营由加利福尼亚州欧文市的 Terran Orbital Corporation 进行。CAPSTONE 任务的显著成就包括展示 NHRO 的可达性；验证 NHRO 环境中的关键操作概念；为未来月球运营的商业支持奠定基础；并加速实现地月自主定位系统 (CAPS) 提供的点对点导航功能。CAPSTONE 任务由 NASA 的小型航天器技术 (SST) 计划资助，该计划是 NASA 空间技术任务理事会的几个计划之一。该计划的目的是开发和演示增强和扩展小型航天器能力的技术，特别注重通过使用小型航天器实现新的任务架构，扩大小型航天器到达新目的地的范围，并增强未来