GB_T 43737-2024 量子测量术语.docx
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GB_T 43737-2024 量子测量术语.docx
ICS01.040CCSA22OB中华人民共和国国家标准GB/T437372024量子测量术语Terminologyforquantummeasurement2024-10-01实施2024-03T5发布国家市场监督管理总局国家标准化管理委员会目次前言1范围12规范性引用文件I3通用基础14量子测量技术35典型量子测量材料、器件、系统与应用6参考文献10索引H本文件按照GB/T1.1-2020标准化工作导则第1部分:标准化文件的结构和起草规则的规定起草。请注意本文件的某些内容可能涉及专利。本文件的发布机构不承担识别专利的责任。本文件由全国量子计算与测量标准化技术委员会(SAC"C578)提出并归口。本文件起草单位:中国计量科学研究院、中国科学技术大学、中国电子信息产业集团有限公司、科大国盾量子技术股份有限公司、之江实验室、山西大学、华中科技大学、中国信息通信研究院、航大二院北京无线电计量测试研究所、浪潮电子信息产业股份有限公司、中国科学院精密测量科学与技术创新研究院、中国科学院上海微系统与信息技术研究所、中国计量大学、中国空间技术研究院、中国人民解放军国防科技大学、航天九院西安微电子技术研究所、济南量子技术研究院、深圳中国计量科学研究院技术创新研究院、中国航天科工集团第三研究院第三十三研究所、山东国耀量子雷达科技有限公司、国仪量子(合肥)技术有限公司。本文件主要起草人:屈继峰、许金时、李文文、王增斌、赵梅生、张宁、叶文、戴汉宁、王军民、胡忠坤、张萌、薛潇博、胡慧珠、曾昱、冯芒、芮俊、王浩敏、赵春柳、张升康、宋洪婷、加胖涛、程加明、于春霖、周飞、潘奕捷、宋振飞、万双爱、李颜若理、申屠国棵、万传奇。子测术语1范围本文件界定了量子测量相关的基本术语和定义。本文件适用于量子测量相关标准制定、技术文件编制、教材和书刊编写以及文献翻译等。2规范性引用文件本文件没有规范性引用文件。3通用基础3.1子测quantummeasurement获取量子系统状态,以及利用量子的最小、离散、不可分割特性和量子自旋、量子相干、量子压缩、量子纠缠等特性的测量。3.2It子计量quantummetrology基于基本物理常数定义国际单位制基本单位,利用量子系统、量子特性或量子现象复现测量单位量值或实现直接溯源到基本物理常数的测量。注:也于其他高精度测量研究。3.3量子传感quantumsensing利用量子特性实现物理量的高精度测量并按照一定的规律转换成可用信号的过程。3.4子态quantumstate量子系统的状态。来源:GB/T425652023,3.13.5子费希尔信息quantumFisherinformation量子系统状态对待测参数的敏感性信息。注:经典费希尔信息的扩展,用于确定参数测量的最高精度。3.6海森堡不确定性原理Heisenberguncertaintyprinciple两个非对易可观测量不可同时被确定,其中一个可观测量的不确定性越小,另一个可观测量的不确定性越大的物理学关系。3.7海森堡极限Heisenberglimit在特定量子态(3.4)下,量子系统的某个指定的可观测量受其非对易可观测量的测量不确定性的制约所能达到的测量精度极限。3.8散粒噪声shotnoise遵从泊松过程的噪声。注:对于电子或光子,其散粒噪声来源于电子或者光子离散的粒子本质。3.9子真空涨落quantumvacuumfluctuation真空能量密度的随机扰动。注:量子真空涨落是海森堡不确定性原理(3.6)导致的结果。3.10量子噪声quantumnoise测量过程中由于量子系统的海森堡不确定性引发的噪声。3.11量子投影噪声quantumprojectionnoise测量过程中由于量子投影测量结果的随机性所引发的噪声。3.12相干态coherentstates具有完全相干特性,且满足海森堡不确定性原理(3.6)极限的正交分量涨落分布呈圆形特征的量子态(3.4)。3.13压缩态squeezedstate满足海森堡不确定性原理U.6)极限的正交分量涨落分布呈椭圆特征的量子态4)。3.14子干涉quantumInterference由于子态(3.4)的叠加效应,量子态振幅发生的相干相长或相消现象。3.15量子相干quantumcoherence量子系统其量子态(3.4)能够发生稳定的相位干涉的能力和特性。注1:量子系统处了叠加态时,其各个叠in成分的相对相位稳定,是其具备量子相干特性的充要条件。注2:多个全同粒子相互之间相对相位的稳定,是其具备量子相干特性的充要条件。3.16量子退相干quantumdecoherence量子系统受外界扰动影响,失去量子相干性的过程。3.17子态寿命quantumstatelifetime子态(3.4)上粒子占有数通过自发跃迁降为初始占有数的1/。的时间。3.18子跃迁quantumtransition量子系统从一个子态(3.4)跳跃式突变到另一个子态(3.4)的过程。3.19双光子拉曼跃迁two-photonRamantransition1.ambda型三能级原子(离子)分子系统中,双色光场从基态至共同激发态的两个跃迁通道在单光子大失谐、双光子共振的条件下耦合,原子(离子)或分子的布居可在两个基态之间相干地转移。注:是原子(离子)或分子自旋态的一种有效的操控过程。3.20自旋进动spinprocession微观自旋系统(电子、原子核、原子等)的自旋磁矩在外磁场作用下,以一定的角频率绕外磁场方向的进动过程。3.21拉莫尔频率1.armorfrequency自旋进动(3.20)的角频率。3.22自旋极化spinpolarization微观自旋系统(电子、原子核、原子等)的自旋磁矩,在一定的物理过程中,其矢量和(即宏观磁矩)不等于零,且朝向某个特定的方向。3.23子磁穿效应quantumtunnelingeffect微观粒子具有一定的概率穿透高于粒子能量的势垒的量子效应。注:体现了微观粒子同时具有波动性。该过程中,粒子穿透势垒和被势垒反弹回的概率同时存在,反映出相干性的特征。3.24光动效应opticalmomentumeffect具有动量的光子在与物质的相互作用中存在动量交换,进而使物质的运动状态发生变化的现象。注:此过僦足动量守恒定律。4子漏技术4.1子态制备quantumstatepreparation通过量子的操控方法使量子系统处于所需的量子态(34)°4.2量子态探测quantumstatedetection利用探测器件,借助光或者微波与量子系统的作用,测量得到量子系统的量子态(3.4)的技术。4.3子操控quantumcontrol通过控制系统哈密顿量改变量子系统量子态(3.4)的操控方法。4,4子非破坏测quantumnondemolitionmeasurement对某个可观测量持续测量,但不增加其不确定性的量子测量方法。注:使用该方法测量某可观测量,会导致其他可观测量的不确定性增加。4.5电子磁共振electronparamagneticresonance物质的电子磁矩与外磁场相互作用,在垂直于外磁场方向入射电磁波且能量与塞曼分裂能匹配时,物质从电磁波吸收能量的现象。4.6核磁共振nuclearmagneticresonance磁矩不为零的原子核,在外磁场作用下自旋能级发生塞曼分裂,共振吸收某一定频率的射频辐射的物理过程。来源:GB/T420352022,3.54.7光致旋转opticalrotation物质与携带角动量的光场或光子相互作用而发生角动量的传递,使物质在光致力矩的作用下产生自旋、旋进、扭转等角向运动。4.8原子干涉atomicinterference利用原子的物质波或内禀量子态的相干特性,产生相关子态(34)相位叠加引起的相长或相消现象。4.9超导子干涉效应superconductingquantuminterferenceeffect闭合超导量子线路中的宏观子干涉(3.14)现象。注:通常量子线路中包含一个或多个约瑟夫森结,电流随穿过闭合环路的磁通周期性变化。4.10子敏感介质quantumsensitivemedium在量子精密测量系统中直接与待测量发生相互作用的成分。注:包括单Tll分的原子、分子,或系统J磕的原子团、分子团、微小颗粒,亦或珊晚成的芯片、气室等。4.11冷原子coldatom保持在接近绝对零度温度的原子,通常通过原子与激光场的相互作用制备。注:通常情况下,温度在10nK及以下的原子称为超冷原子。4.12悬浮谐振子levitatedharmonicoscillator被光场、电场、磁场等方法形成的势阱俘获并悬浮后,与外界环境不存在直接的机械接触,具备谐振敏感特性的量子敏感介质。4.13激光冷却IaSercooling利用激光降低粒子(如原子或离子或微纳颗粒)的随机运动速度从而降低粒子温度的技术。4.14质心运动等效温度effectivetemperatureofcenter-of-massmotion以热力学温度为计量标准,描述微纳颗粒质心随机运动的平均能量。4.15多普勒冷却Dopplercooling原子(离子)仅从特定方向吸收光子能量进入激发态,并随机地向各个方向发射光子回到基态,使原子在吸收光子方向上的运动速度减小。4.16亚多普勒冷却sub-Dopplercooling超越多普勒冷却温度极限的激光冷却(4.13)技术。4.17光学Wi团opticalmolasses由激光束交汇形成的光场,基于激光冷却(4.13)使身处其中的原子减速。4.18相干布居囚禁herentpopulatitrapping当用两相位差恒定、频率差等于原子基态两超精细能级间频率差的相干激光将原子基态的两超精细能级耦合到一个共同的激发态时,原子被抽运到基态两超精细能级的一个相干叠加态,此时激发态上没有原子,原子被“囚禁”在基态的两超精细能级上的现象。4.19势阱potentialwell在给定势能的空间中,围绕着势能最小值形成的空间区域。4.20离TBfiontrap利用电场或磁场将离子囚禁在特定空间范围内的一个势阱(4.19)。4.21磁光阱magneto-opticaltrap由特定波长激光束和梯度磁场构成,用于囚禁原子的势阱(4.19)o4.22激光囚禁IaSertrapping利用激光陷阱对目标原子(团)、分子(团)或微纳颗粒进行束缚的过程。4.23光晶格opticallattice利用驻波激光场形成的周期性势阱。4.24量子基态冷去quantumgroundstatecling将捕获的微纳颗粒的运动冷却到基态,使其等效声子数小于1的方法或过程。4.25腔冷却cavitycooling利用高精细度谐振腔与被捕获物质(原子、分子或微纳颗粒)发生耦合,实现物质运动状态的冷却。4.26质心运动冷却centerofmassmotioncooling利用光动量效应(3.24)抑制量子敏感介质的质心热运动。注:质心热运动的冷却会大幅提高其传感灵敏度,降低热噪声,并隔绝环境干扰。4.27量子光力系统quantumoptomechanicalsystem通过把光学或微波场与机械共振器(机械振子)相结合,获得的一种对机械运动进行量子控制或者对光或微波场进行机械控制的方法及系统。4.28腔光力系统cavityoptomechanicalsystem基于光学谐振腔的光力学方法及系统。4.29量子成像quantumimaging利用量子系统的相干叠加、量子纠缠等特性,借助量子操纵实现的成像“4.30原子光刻atomlithography经激光冷却(4.13)准直后的原子束,穿过光场并与光场发生作用,在光与物质相互作用产生的力的作用下原子运动轨迹发生偏转,在光场后的基片上沉积形成图形的技术。4.31子材料quantummaterials具有量子态(3.4)或者量子能级结构的材料。4.32量子点quantumdot束缚电子或空穴的半导体器件。来源:GB/T425652023,4.24.33饱和吸收光谱saturatedabsorptionspectroscopy消去多普勒展宽的原子(分子)吸收光谱。5典型子测材料、器件、礴与应用5.1,Tfl8Squantumsensor以量子或者量子系统为核心,利用子态(3.4)或者量子系统的相干叠加、量子纠缠等特性,借助量子操纵实现的传感器件。5.2延迟线delayline对光或者微波等多种频段电磁波造成一定传输延迟的器件。5.3原子气室VaPorcell使用而密封性封装工艺制成的用于储存原子的腔室。5.4金刚石色心810rcenterindia11nnd金刚石中的一种点缺陷,一般指氮-空位色心,具有C3v对称性,由沿111晶向取向的置换氮-晶格空位对组成。5.5原子钟atomicclock原子时间频率标准atomictimeandfrequencystandard原子频标atomicfrequencystandard以原子(分子、离子)稳定的量子跃迁辐射的频率为参考、对实用频率源进行频率或相位锁定、产生准确稳定时间(频率)信号的设备。5.6被动型原子钟passiveatomicclock利用本地振荡器输出的激励信号激发原子跃迁,通过误差信号反馈控制本地振荡器输出频率实现的原子钟(5.5)。5.7主动型原子钟activeatonicclock利用受激辐射方法直接得到原子跃迁谱线输出频率信号实现的原子钟(5.5)o5.8微波原子钟microwaveatomicclockmicrowavefrequencystandard利用频率在微波波段的原子(分子、离子)能级跃迁作为稳定的频率参考而建立的原子钟(5.5)05.9光频原子钟opticalatomicclock光学频率标准OPtiCalfreqUenCyStandard利用频率在光学波段的原子(分子、离子)能级跃迁作为稳定的频率参考而建立的原子钟(5.515.10空间原子钟spaceatomicclk在空间环境运行的原子钟(5.5)o注:包含空间氢原子钟、空间冷原子微波钟和空间光钟5.11芯片钟chip-scaleatomicclock基于微机电系统(MEMS)技术,外形尺寸及功耗接近集成电路芯片级别的微型原子频率钟。5.12原子干涉仪atomicinterferometer利用原子干涉(48)效应测量物理量的仪器。5.13超导量子干涉仪superconductingquantuminterferencedevice基于超导约瑟夫森效应的磁通量子干涉效应测量极微弱磁场强度的装置。5.14原子干涉修斜仪atomicinterferencetiltmeter基于原子干涉(4.8)效应测量倾角的仪器。5.15原子干涉餐力梯度仪atomicinterferencegravitygradiometer基于原子干涉(4.8)效应测量重力梯度的仪器。5.16原子重力仪atomicgravimeter基于原子的物质波干涉原理实现重力加速度绝对值测量的仪器。5.17原子陀螺仪atomicgyroscope基于原子的角速度测量仪器。5.18原子干涉陀螺仪atomicinterferometergyroscope基于原子的物质波干涉原理实现角速度测量的仪渊。5.19原子自旋陀螺仪atomicspingyroscope探测原子自旋在外磁场中拉莫尔进动的频率移动实现角速度测量的仪器。5.20量子涡旋陀螺仪quantumvortexgyroscope基于粒子-准粒子超流涡旋等量子效应的角速率测量仪器。5.21原子磁强计atomicmagnetometer利用原子内部稳定能级的跃迁频率变化测量外部磁场的仪器。注:典型的有使用氮原子为核心工作介质的氮原子磁强计。5.22金刚石色心磁强计diamondmagnetometer基于金刚石氮空穴(NV)中心电子自旋共振光学检测的磁强计。5.23全光原子磁强计all-opticalatomicmagnetometer全部使用光场,不使用射频场的原子磁强计(5.21)。5.24核自旋磁强计nuclearspinmagnetometer基于原子磁矩拉莫尔进动效应的磁强计。5.25 子压力计quantumpressuregauge基于量子力学第一性原理计算得到的气体物性参数、基本物理常数和已知物理关系定义和测量气体压强的装置。5.26热力学温度计primarythermometer基于量子力学原理、基本物理常数和已知物理关系测量热力学温度的装置。5.27量子微波场强仪quantumfieldstrengthmeter通过量子系统的操控精密测量微波电场强度的装置。5.28单光子探测器single-photondetector能够以一定概率将单光子级别的光脉冲信号转化为宏观可探测信号的仪器、器件或设备。来源:GB/T436922024,3.445.29汉伯里布朗-特维斯干涉仪HBTinterferometer用于测量光源二阶相干度的装置。5.30 子定位导航系统quantumpositioningandnavigationsystem以原子钟、量子测距仪、量子陀螺仪、量子加速度计、量子重力仪、量子磁强计等量子器件和设备为主实现的有源、无源和辅助场定位导航系统。5.31量子守时授时系统quantumtimingkeepingandtimeservicesystem以量子时间基准、量子时间分发技术或者器件实现的守时授时系统。5.32 子富达quantumradar以子测(3J)原理和技术为基础,利用量子系统的相干叠加、量子纠缠等特性实现的雷达。5.33金刚石色,泗描探针显微镜NVscanningprobemicrospe结合金刚石色心磁测量技术和原子力显微镜技术的磁成像设备。5.34光学频率梳opticalfrequencycomb重复频率和载波包络相移频率精密可控的光学信号产生系统。来源:GB/T437362024,3.35.35光镒opticaltweezer利用光与物质之间相互作用产生的力学效应(包含散射力和辐射压梯度力),并形成光学势阱,用于捕获微小物体(原子、细胞、介质颗粒等)并进行物体运动的精准操控和测量的仪器。5.36量子计量基准quantummetrologystandard用特定的量子效应来复现物理量单位量值的计量基准装置。TJIJTJTJ123451.1.1.1.TJU891.1.参考文献GB/T420352022煤和岩石孔径分布的测定核磁共振法GB/T425652023量子计算术语和定义GB/T436922024量子通信术语和定义GB/T437362024精密光频测量中光学频率梳性能参数测试方法郭光灿,周详发.量子光学M.北京:科学出版社,2022.光学名词审定委员会.光学名词M.北京:科学出版社,2021.克劳德科恩塔诺季.原子物理学进展通论M.北京:北京大学出版社,2014.全国科学技术名词审定委员会.计算机科学技术名词M.3版.北京:科学出版社,2018.物理学名词审定委员会,物理学名词M.3版.北京:科学出版社,2019.索引汉语拼音索引BK饱和吸收光谱4.33空间原子钟5.10被动型原子钟5.6lC拉莫尔频率3.21超导量子干涉效应4.9冷原子4.11超导量子干涉仪5.13离子阱4.20磁光阱4.21量子材料4.31量子操控4.3D量子测量3.1单光子探测器5.28量子成像4.29电子磁共振4.5量子传感3.3多普勒冷却4.15量子传感器5.1G量子点4.32量子定位导航系统5.30光动量效应3.24量子非破坏测量4.4光晶格4.23量子费希尔信息3.5光镜5.35量子干涉3.14光频原子钟5.9量子光力系统4.27光学黏团4.17量子计量3.2光学频率标准5.9量子计量基准5.36光学频率梳5.34量子基态冷却4.24光致旋转4.7量子雷达532量子敏感介质4.10H量子守时授时系统5.31海森堡不确定性原理3.6量子隧穿效应3.23海森堡极限3.7量子态3.4汉伯里布朗-特维斯干涉仪5.29量子态寿命3.17核磁共振4.6量子态探测4.2核自旋磁强计5.24量子态制备4.1量子投影噪声3.11J量子退相干3.16激光冷却4.13量子微波场强仪5.27激光囚禁4.22量子涡旋陀螺仪5.20金刚石色心5.4量子相干3.15金刚石色心磁强计5.22量子压力计5.25金刚石色心扫描探针显微镜5.33量子跃迁3.18量子噪声3.10压缩态3.13量子真空涨落3.9延迟线5.2Q原子磁强计5.21Q原子干涉4.8腔光力系统4.28原子干涉倾斜仪5.14腔冷却4.25原子干涉陀螺仪5.18全光原子磁强计5.23原子干涉仪5.12原子干涉重力梯度仪5.15R原子光刻4.30热力学温度计5.26原子频标5.5S原子气室5.3'原子时间频率标准5.5散粒噪声3.8原子陀螺仪5.17势阱4.19原子钟5.5双光子拉曼跃迁3.19原子重力仪5.16原子自旋陀螺仪5.19W微波频率标准5.8/微波原子钟5.8质心运动等效温度4.14质心运动冷却4.26'主动型原子钟5.7相干布居囚禁4.18自旋极化3.22相干态3.12自旋进动3.20芯片钟5.11悬浮谐振子4.12Y亚多普勒冷却4.16英文对应词索引Aactiveatomicclock5.7all-opticalatomicmagnetometer5.23atomlithography4.30atomicclock5.5atomicfrequencystandard5.5atomicgravimeter5.16atomicgyroscope5.17atomicinterference4.8atomicinterferencegravitygradiometer5.15atomicinterferencetiltmeter5.1412atomicinterferometer5.12atomicinterferometergyroscope5.18atomicmagnetometer5.21atomicspingyroscope5.19atomictimeandfrequencystandard5.5Ccavitycooling4.25cavityoptomechanicalsystem4.28centerofmassmotioncooling4.26chip-scaleatomicclock5.11coherentpopulationtrapping4.18coherentstates3.12coldatom4.11colorcenterindiamond5.4Ddelayline5.2diamondmagnetometer5.22Dopplercooling4.15Eeffectivetemperatureofcenter-of-massmotion4.14electronparamagneticresonance4.5HBTinterferometer5.29Heisenberglimit3.7Heisenberguncertaintyprinciple3.6Iiontrap4.201.1.armorfrequency3.21lasercooling4.13lasertrapping4.22levitatedharmonicoscillator4.12magneto-opticaltrap4.21microwaveatomicclock5.8microwavefrequencystandard5.813Nnuclearmagneticresonance4.6nuclearspinmagnetometer5.24NVscanningprobemicroscope5.33Oopticalatomicclock5.9opticalfrequencycomb5.34opticalfrequencystandard5.9opticallattice4.23opticalmolasses4.17optica)momentumeffect3.24opticalrotation4.7opticaltweezer5.35Ppassiveatomicclock5.6potentialwell4.19primarythermometer5.26Qquantumcoherence3.15quantumcontrol4.3quantumdecoherence3.16quantumdot4.32quantumfieldstrengthmeter5.27quantumFisherinformation3.5quantumgroundstatecooling4.24quantumimaging4.29quantumInterference3.14quantummaterials4.31quantummeasurement3.1quantummetrology3.2quantummetrologystandard5.36quantumnoise3.10quantumnondemolitionmeasurement4.4quantumoptomechanicalsystem4.27quantumpositioningandnavigationsystem5.30quantumpressuregauge5.25quantumprojectionnoise3.11quantumradar5.32quantumsensing3.3quantumsensitivemedium4.10quantumsensor5.1quantumstate3.4quantumstatedetection4.2quantumstatelifetime3.17quantumstatepreparation4.1quantumtimingkeepingandtimeservicesystem5.31quantumtransition3.18quantumtunnelingeffect3.23quantumvacuumfluctuation3.9quantumvortexgyroscope5.20Ssaturatedabsorptionspectroscopy4.33shotnoise3.8single-photondetector5.28spaceatomieclock5.10spinpolarization3.22spinprocession3.20squeezedstate3.13subDopplercooling4.16superconductingquantuminterferencedevice5.13superconductingquantuminterferenceeffect4.9Ttwo-photonRamantransition3.19Vvaporcell5.3