爱因斯坦电梯中原子干涉仪实现6×10-7 m/s2级加速度灵敏度的突破性研究

为解决地面原子干涉仪受自由落体高度限制的瓶颈问题，法国波尔多大学团队在实验室尺度爱因斯坦电梯（EE）中开展原子干涉（AI）研究，通过双单衍射（DSD）技术和贝叶斯分析方法，实现单次测量6×10-7 m/s2的加速度灵敏度（T=100 ms），为空间量子惯性传感器研发提供新范式。

　　

量子精密测量领域长期面临地面原子干涉仪（AI）受自由落体高度限制的难题。传统解决方案如太空站或落塔设施存在成本高、实验周期长等缺陷。法国波尔多大学团队另辟蹊径，在实验室尺度爱因斯坦电梯（EE）中实现突破性进展——这项发表于《Nature Communications》的研究，将原子干涉仪的加速度灵敏度提升至6×10^-7 m/s^{2>/sup>（T=100 ms），较此前微重力环境下的同类实验提高350倍。}

研究团队采用三大核心技术：1）基于3米高EE平台构建微重力环境（0.5秒/13.5秒周期）；2）双单衍射（DSD）技术同步激发⁸⁷Rb原子相反动量态（±6.8 mm/s）；3）创新性贝叶斯算法从振动噪声中提取干涉条纹参数。实验样本为7.5μK亚多普勒冷却原子云，通过拉曼脉冲（Ω_eff=2π×15 kHz）实现马赫-曾德尔干涉序列。

【结果】

1. 微重力拉曼光谱：在EE中观测到退化的单共振峰（重力环境下为双峰），证实多普勒效应消除（图2a）。
2. 双干涉仪同步测量：通过DSD技术同时获得±k_eff路径干涉信号，总对比度达16%（图3a）。
3. 灵敏度突破：贝叶斯分析显示灵敏度随T²提升至T≈50 ms，最终在T=100 ms时达6×10^-7 m/s²（图3f）。
4. 平台稳定性：EE每日可累积>1小时微重力时间，相当于6次零重力飞机实验（表1）。

【结论与意义】
该研究首次验证了实验室尺度EE平台进行原子干涉测量的可行性。尽管当前灵敏度受平台残余旋转（<0.5 mrad/s）和原子云膨胀限制，但通过采用超冷原子（30 nK）可进一步提升性能。相比国际空间站（ISS）和落塔设施，EE兼具高重复率（6640次/天）与操作便捷性，为弱等效原理（WEP）检验（预计η~10^-10）和空间引力波探测提供了地面验证平台。研究团队特别指出，这种"空间实验地面化"策略将显著加速量子惯性传感器的实用化进程。