(高清版)GBT 43737-2024 量子測量術(shù)語

2024-03-15發(fā)布2024-10-01實施國家市場監(jiān)督管理總局國家標準化管理委員會 I1范圍 2規(guī)范性引用文件 13通用基礎(chǔ) 4量子測量技術(shù) 5典型量子測量材料、器件、系統(tǒng)與應用 參考文獻 索引 I本文件按照GB/T1.1—2020《標準化工作導則第1部分：標準化文件的結(jié)構(gòu)和起草規(guī)則》的規(guī)定起草。請注意本文件的某些內(nèi)容可能涉及專利。本文件的發(fā)布機構(gòu)不承擔識別專利的責任。本文件由全國量子計算與測量標準化技術(shù)委員會(SAC/TC578)提出并歸口。本文件起草單位：中國計量科學研究院、中國科學技術(shù)大學、中國電子信息產(chǎn)業(yè)集團有限公司、科大國盾量子技術(shù)股份有限公司、之江實驗室、山西大學、華中科技大學、中國信息通信研究院、航天二院北京無線電計量測試研究所、浪潮電子信息產(chǎn)業(yè)股份有限公司、中國科學院精密測量科學與技術(shù)創(chuàng)新研究院、中國科學院上海微系統(tǒng)與信息技術(shù)研究所、中國計量大學、中國空間技術(shù)研究院、中國人民解放軍國防科技大學、航天九院西安微電子技術(shù)研究所、濟南量子技術(shù)研究院、深圳中國計量科學研究院技術(shù)創(chuàng)新研究院、中國航天科工集團第三研究院第三十三研究所、山東國耀量子雷達科技有限公司、國儀量子(合肥)技術(shù)有限公司。1本文件界定了量子測量相關(guān)的基本術(shù)語和定義。本文件適用于量子測量相關(guān)標準制定、技術(shù)文件編制、教材和書刊編寫以及文獻翻譯等。2規(guī)范性引用文件本文件沒有規(guī)范性引用文件。3通用基礎(chǔ)量子測量quantummeasurement子糾纏等特性的測量?；诨疚锢沓?shù)定義國際單位制基本單位，利用量子系統(tǒng)、量子特性或量子現(xiàn)象復現(xiàn)測量單位量值或?qū)崿F(xiàn)直接溯源到基本物理常數(shù)的測量。注：也用于其他高精度測量研究。量子傳感quantumsensing利用量子特性實現(xiàn)物理量的高精度測量并按照一定的規(guī)律轉(zhuǎn)換成可用信號的過程。量子系統(tǒng)的狀態(tài)。量子費希爾信息quantumFisherinformation量子系統(tǒng)狀態(tài)對待測參數(shù)的敏感性信息。注：經(jīng)典費希爾信息的擴展，用于確定參數(shù)測量的最高精度。海森堡不確定性原理Heisenberguncertaintyprinciple兩個非對易可觀測量不可同時被確定，其中一個可觀測量的不確定性越小，另一個可觀測量的不確定性越大的物理學關(guān)系。海森堡極限Heisenberglimit在特定量子態(tài)(3.4)下，量子系統(tǒng)的某個指定的可觀測量受其非對易可觀測量的測量不確定性的制約所能達到的測量精度極限。2GB/T43737—2024散粒噪聲shotnoise遵從泊松過程的噪聲。注：對于電子或光子，其散粒噪聲來源于電子或者光子離散的粒子本質(zhì)。量子真空漲落quantumvacuumfluctuation真空能量密度的隨機擾動。注：量子真空漲落是海森堡不確定性原理(3.6)導致的結(jié)果。測量過程中由于量子系統(tǒng)的海森堡不確定性引發(fā)的噪聲。量子投影噪聲quantumprojectionnoise測量過程中由于量子投影測量結(jié)果的隨機性所引發(fā)的噪聲。相干態(tài)coherentstates具有完全相干特性，且滿足海森堡不確定性原理(3.6)極限的正交分量漲落分布呈圓形特征的量子態(tài)(3.4)。壓縮態(tài)squeezedstate滿足海森堡不確定性原理(3.6)極限的正交分量漲落分布呈橢圓特征的量子態(tài)(3.4)。由于量子態(tài)(3.4)的疊加效應，量子態(tài)振幅發(fā)生的相干相長或相消現(xiàn)象。量子相干quantumcoherence量子系統(tǒng)其量子態(tài)(3.4)能夠發(fā)生穩(wěn)定的相位干涉的能力和特性。注1:量子系統(tǒng)處于疊加態(tài)時，其各個疊加成分的相對相位穩(wěn)定，是其具備量子相干特性的充要條件。注2:多個全同粒子相互之間相對相位的穩(wěn)定，是其具備量子相干特性的充要條件。量子退相干quantumdecoherence量子系統(tǒng)受外界擾動影響，失去量子相干性的過程。量子態(tài)壽命quantumstatelifetime量子態(tài)(3.4)上粒子占有數(shù)通過自發(fā)躍遷降為初始占有數(shù)的1/e的時間。量子系統(tǒng)從一個量子態(tài)(3.4)跳躍式突變到另一個量子態(tài)(3.4)的過程。雙光子拉曼躍遷two-photonRamantransitionLambda型三能級原子(離子)分子系統(tǒng)中，雙色光場從基態(tài)至共同激發(fā)態(tài)的兩個躍遷通道在單光子大失諧、雙光子共振的條件下耦合，原子(離子)或分子的布居可在兩個基態(tài)之間相干地轉(zhuǎn)移。注：是原子(離子)或分子自旋態(tài)的一種有效的操控過程。3微觀自旋系統(tǒng)(電子、原子核、原子等)的自旋磁矩在外磁場作用下，以一定的角頻率繞外磁場方向的進動過程。拉莫爾頻率Larmorfrequency自旋進動(3.20)的角頻率。自旋極化spinpolarization微觀自旋系統(tǒng)(電子、原子核、原子等)的自旋磁矩，在一定的物理過程中，其矢量和(即宏觀磁矩)不等于零，且朝向某個特定的方向。量子隧穿效應quantumtunnelingeffect微觀粒子具有一定的概率穿透高于粒子能量的勢壘的量子效應。注：體現(xiàn)了微觀粒子同時具有波動性。該過程中，粒子穿透勢壘和被勢壘反彈回的概率同時存在，反映出相干性的特征。光動量效應opticalmomentumeffect具有動量的光子在與物質(zhì)的相互作用中存在動量交換，進而使物質(zhì)的運動狀態(tài)發(fā)生變化的現(xiàn)象。注：此過程滿足動量守恒定律。4量子測量技術(shù)通過量子的操控方法使量子系統(tǒng)處于所需的量子態(tài)(3.4)。量子態(tài)探測quantumstatedetection利用探測器件，借助光或者微波與量子系統(tǒng)的作用，測量得到量子系統(tǒng)的量子態(tài)(3.4)的技術(shù)。量子操控quantumcontrol通過控制系統(tǒng)哈密頓量改變量子系統(tǒng)量子態(tài)(3.4)的操控方法。量子非破壞測量quantumnondemolitionmeasurement對某個可觀測量持續(xù)測量，但不增加其不確定性的量子測量方法。注：使用該方法測量某可觀測量，會導致其他可觀測量的不確定性增加。電子磁共振electronparamagneticresonance物質(zhì)的電子磁矩與外磁場相互作用，在垂直于外磁場方向入射電磁波且能量與塞曼分裂能匹配時，物質(zhì)從電磁波吸收能量的現(xiàn)象。核磁共振nuclearmagneticresonance磁矩不為零的原子核，在外磁場作用下自旋能級發(fā)生塞曼分裂，共振吸收某一定頻率的射頻輻射的4物理過程。物質(zhì)與攜帶角動量的光場或光子相互作用而發(fā)生角動量的傳遞，使物質(zhì)在光致力矩的作用下產(chǎn)生利用原子的物質(zhì)波或內(nèi)稟量子態(tài)的相干特性，產(chǎn)生相關(guān)量子態(tài)(3.4)相位疊加引起的相長或相消現(xiàn)象。超導量子干涉效應superconductingquantuminterferenceeffect閉合超導量子線路中的宏觀量子干涉(3.14)現(xiàn)象。注：通常量子線路中包含一個或多個約瑟夫森結(jié)，電流隨穿過閉合環(huán)路的磁通周期性變化。量子敏感介質(zhì)quantumsensitivemedium在量子精密測量系統(tǒng)中直接與待測量發(fā)生相互作用的成分。保持在接近絕對零度溫度的原子，通常通過原子與激光場的相互作用制備。注：通常情況下，溫度在10nK及以下的原子稱為超冷原子。懸浮諧振子levitatedharmonicoscillator被光場、電場、磁場等方法形成的勢阱俘獲并懸浮后，與外界環(huán)境不存在直接的機械接觸，具備諧振敏感特性的量子敏感介質(zhì)。激光冷卻lasercooling利用激光降低粒子(如原子或離子或微納顆粒)的隨機運動速度從而降低粒子溫度的技術(shù)。質(zhì)心運動等效溫度effectivetemperatureofcenter-of-massmotion以熱力學溫度為計量標準，描述微納顆粒質(zhì)心隨機運動的平均能量。多普勒冷卻Dopplercooling原子(離子)僅從特定方向吸收光子能量進入激發(fā)態(tài)，并隨機地向各個方向發(fā)射光子回到基態(tài)，使原子在吸收光子方向上的運動速度減小。亞多普勒冷卻sub-Dopplercooling超越多普勒冷卻溫度極限的激光冷卻(4.13)技術(shù)。光學黏團opticalmolasses由激光束交匯形成的光場，基于激光冷卻(4.13)使身處其中的原子減速。5當用兩相位差恒定、頻率差等于原子基態(tài)兩超精細能級間頻率差的相干激光將原子基態(tài)的兩超精細能級耦合到一個共同的激發(fā)態(tài)時，原子被抽運到基態(tài)兩超精細能級的一個相干疊加態(tài)，此時激發(fā)態(tài)上在給定勢能的空間中，圍繞著勢能最小值形成的空間區(qū)域。利用電場或磁場將離子囚禁在特定空間范圍內(nèi)的一個勢阱(4.19)。由特定波長激光束和梯度磁場構(gòu)成，用于囚禁原子的勢阱(4.19)。激光囚禁lasertrapping利用激光陷阱對目標原子(團)、分子(團)或微納顆粒進行束縛的過程。利用駐波激光場形成的周期性勢阱。量子基態(tài)冷卻quantumgroundstatecooling將捕獲的微納顆粒的運動冷卻到基態(tài)，使其等效聲子數(shù)小于1的方法或過程。腔冷卻cavitycooling利用高精細度諧振腔與被捕獲物質(zhì)(原子、分子或微納顆粒)發(fā)生耦合，實現(xiàn)物質(zhì)運動狀態(tài)的冷卻。質(zhì)心運動冷卻centerofmassmotioncooling利用光動量效應(3.24)抑制量子敏感介質(zhì)的質(zhì)心熱運動。量子光力系統(tǒng)quantumoptomechanicalsystem通過把光學或微波場與機械共振器(機械振子)相結(jié)合，獲得的一種對機械運動進行量子控制或者對光或微波場進行機械控制的方法及系統(tǒng)。腔光力系統(tǒng)cavityoptomechanicalsystem基于光學諧振腔的光力學方法及系統(tǒng)。利用量子系統(tǒng)的相干疊加、量子糾纏等特性，借助量子操縱實現(xiàn)的成像。經(jīng)激光冷卻(4.13)準直后的原子束，穿過光場并與光場發(fā)生作用，在光與物質(zhì)相互作用產(chǎn)生的力的6作用下原子運動軌跡發(fā)生偏轉(zhuǎn)，在光場后的基片上沉積形成圖形的技術(shù)。具有量子態(tài)(3.4)或者量子能級結(jié)構(gòu)的材料。束縛電子或空穴的半導體器件。飽和吸收光譜saturatedabsorptionspectroscopy消去多普勒展寬的原子(分子)吸收光譜。5典型量子測量材料、器件、系統(tǒng)與應用量子傳感器quantumsensor以量子或者量子系統(tǒng)為核心，利用量子態(tài)(3.4)或者量子系統(tǒng)的相干疊加、量子糾纏等特性，借助量子操縱實現(xiàn)的傳感器件。對光或者微波等多種頻段電磁波造成一定傳輸延遲的器件。原子氣室vaporcell使用高密封性封裝工藝制成的用于儲存原子的腔室。對稱性，由沿[111]晶向取向的置換氮-晶格空位對組成。原子時間頻率標準atomictimeandfrequencystandard以原子(分子、離子)穩(wěn)定的量子躍遷輻射的頻率為參考、對實用頻率源進行頻率或相位鎖定、產(chǎn)生準確穩(wěn)定時間(頻率)信號的設(shè)備。被動型原子鐘passiveatomicclock利用本地振蕩器輸出的激勵信號激發(fā)原子躍遷，通過誤差信號反饋控制本地振蕩器輸出頻率實現(xiàn)的原子鐘(5.5)。主動型原子鐘activeatomicclock利用受激輻射方法直接得到原子躍遷譜線輸出頻率信號實現(xiàn)的原子鐘(5.5)。微波原子鐘microwaveatomicclock微波頻率標準microwavefrequencystandard利用頻率在微波波段的原子(分子、離子)能級躍遷作為穩(wěn)定的頻率參考而建立的原子鐘(5.5)。7GB/T43737—2024光頻原子鐘opticalatomicclock光學頻率標準opticalfrequencystandard利用頻率在光學波段的原子(分子、離子)能級躍遷作為穩(wěn)定的頻率參考而建立的原子鐘(5.5)。在空間環(huán)境運行的原子鐘(5.5)。注：包含空間氫原子鐘、空間冷原子微波鐘和空間光鐘等。芯片鐘chip-scaleatomicclock基于微機電系統(tǒng)(MEMS)技術(shù)，外形尺寸及功耗接近集成電路芯片級別的微型原子頻率鐘。利用原子干涉(4.8)效應測量物理量的儀器。超導量子干涉儀superconductingquantuminterferencedevice基于超導約瑟夫森效應的磁通量子干涉效應測量極微弱磁場強度的裝置?；谠痈缮?4.8)效應測量傾角的儀器?；谠痈缮?4.8)效應測量重力梯度的儀器。原子重力儀atomicgravimeter基于原子的物質(zhì)波干涉原理實現(xiàn)重力加速度絕對值測量的儀器。原子陀螺儀atomicgyroscope基于原子的角速度測量儀器。原子干涉陀螺儀atomicinterferometergyroscope基于原子的物質(zhì)波干涉原理實現(xiàn)角速度測量的儀器。原子自旋陀螺儀atomicspingyroscope探測原子自旋在外磁場中拉莫爾進動的頻率移動實現(xiàn)角速度測量的儀器。量子渦旋陀螺儀quantumvortexgyroscope基于粒子-準粒子超流渦旋等量子效應的角速率測量儀器。原子磁強計atomicmagnetometer利用原子內(nèi)部穩(wěn)定能級的躍遷頻率變化測量外部磁場的儀器。注：典型的有使用氦原子為核心工作介質(zhì)的氦原子磁強計。8金剛石色心磁強計diamondmagnetometer基于金剛石氮空穴(NV)中心電子自旋共振光學檢測的磁強計。全光原子磁強計all-opticalatomicmagnetometer全部使用光場，不使用射頻場的原子磁強計(5.21)。核自旋磁強計nuclearspinmagnetometer基于原子磁矩拉莫爾進動效應的磁強計。量子壓力計quantumpressuregauge基于量子力學第一性原理計算得到的氣體物性參數(shù)、基本物理常數(shù)和已知物理關(guān)系定義和測量氣體壓強的裝置。熱力學溫度計primarythermometer基于量子力學原理、基本物理常數(shù)和已知物理關(guān)系測量熱力學溫度的裝置。量子微波場強儀quantumfieldstrengthmeter通過量子系統(tǒng)的操控精密測量微波電場強度的裝置。能夠以一定概率將單光子級別的光脈沖信號轉(zhuǎn)化為宏觀可探測信號的儀器、器件或設(shè)備。漢伯里布朗-特維斯干涉儀HBTinterferometer用于測量光源二階相干度的裝置。量子定位導航系統(tǒng)quantumpositioningandnavigationsystem以原子鐘、量子測距儀、量子陀螺儀、量子加速度計、量子重力儀、量子磁強計等量子器件和設(shè)備為主實現(xiàn)的有源、無源和輔助場定位導航系統(tǒng)。量子守時授時系統(tǒng)quantumtimingkeepingandtimeservicesystem以量子時間基準、量子時間分發(fā)技術(shù)或者器件實現(xiàn)的守時授時系統(tǒng)。以量子測量(3.1)原理和技術(shù)為基礎(chǔ)，利用量子系統(tǒng)的相干疊加、量子糾纏等特性實現(xiàn)的雷達。金剛石色心掃描探針顯微鏡NVscanningprobemicroscope結(jié)合金剛石色心磁測量技術(shù)和原子力顯微鏡技術(shù)的磁成像設(shè)備。光學頻率梳opticalfrequencycomb重復頻率和載波包絡(luò)相移頻率精密可控的光學信號產(chǎn)生系統(tǒng)。9利用光與物質(zhì)之間相互作用產(chǎn)生的力學效應(包含散射力和輻射壓梯度力),并形成光學勢阱，用于捕獲微小物體(原子、細胞、介質(zhì)顆粒等)并進行物體運動的精準操控和測量的儀器。量子計量基準quantummetrologystandard用特定的量子效應來復現(xiàn)物理量單位量值的計量基準裝置。42035—2022煤和巖石孔徑分布的測定核磁共振法42565—2023量子計算術(shù)語和定義43692—2024量子通信術(shù)語和定義[4]GB/T43736—2024精密光頻測量中光學頻率梳性能參數(shù)測試方法[6]光學名詞審定委員會.光學名詞[M].北京：科學出版社，2021.[7]克勞德·科恩·塔諾季.原子物理學進展通論[M].北京：北京大學出版社，2014.[8]全國科學技術(shù)名詞審定委員會.計算機科學技術(shù)名詞[M].3版.北京：科學出版社，2018.[9]物理學名詞審定委員會，物理學名詞[M].3版.北京：科學出版社，2019.漢語拼音索引B飽和吸收光譜……4.33被動型原子鐘………5.6C超導量子干涉效應…………………4.9超導量子干涉儀…………………5.13磁光阱……………4.21D單光子探測器……5.28電子磁共振…………4.5多普勒冷卻………4.15G光動量效應………3.24光晶格……………4.23光頻原子鐘…………5.9光學黏團…………4.17光學頻率標準………5.9光學頻率梳………5.34光致旋轉(zhuǎn)……………4.7H海森堡不確定性原理……………3.6海森堡極限…………3.7漢伯里布朗-特維斯干涉儀……5.29核磁共振……………4.6核自旋磁強計……5.24J激光冷卻…………4.13激光囚禁…………4.22金剛石色心…………5.4金剛石色心磁強計………………5.22金剛石色心掃描探針顯微鏡…5.33空間原子鐘………5.10L拉莫爾頻率………3.21冷原子……………4.11量子材料…………4.31量子操控……………4.3量子測量……………3.1量子成像…………4.29量子傳感……………3.3量子傳感器…………5.1量子點……………4.32量子定位導航系統(tǒng)………………5.30量子非破壞測量……4.4量子費希爾信息……3.5量子干涉…………3.14量子光力系統(tǒng)……4.27量子計量……………3.2量子計量基準……5.36量子基態(tài)冷卻……4.24量子雷達…………5.32量子敏感介質(zhì)……4.10量子守時授時系統(tǒng)………………5.31量子隧穿效應……3.23量子態(tài)………………3.4量子態(tài)壽命………3.17量子態(tài)制備…………4.1量子投影噪聲……3.11量子退相干………3.16量子微波場強儀…………………5.27量子渦旋陀螺儀…………………5.20量子相干…………3.15量子壓力計………5.25量子躍遷…………3.18量子噪聲…………3.10量子真空漲落………3.9Q腔光力系統(tǒng)………4.28腔冷卻……………4.25全光原子磁強計…………………5.23R熱力學溫度計……5.26S散粒噪聲……………3.8雙光子拉曼躍遷…………………3.19W微波頻率標準………5.8微波原子鐘…………5.8X相干布居囚禁……4.18相干態(tài)……………3.12芯片鐘……………5.11懸浮諧振子………4.12Y亞多普勒冷卻……4.16壓縮態(tài)……………3.13原子磁強計………5.21原子干涉……………4.8原子干涉傾斜儀…………………5.14原子干涉陀螺儀…………………5.18原子干涉儀………5.12原子干涉重力梯度儀……………5.15原子光刻…………4.30原子氣室……………5.3原子時間頻率標準…………………5.5原子陀螺儀………5.17原子重力儀………5.16原子自旋陀螺儀…………………5.19Z質(zhì)心運動等效溫度………………4.14質(zhì)心運動冷卻……4.26主動型原子鐘………5.7自旋極化…………3.22英文對應詞索引Aall-opticalatomicmagnetometer…………………5.23atomlithography……………………4.30atomicgravimeter………atomicinterference…………atomicinterferenatomicinterferometer……………5.12atomicinterferometergyroscope………………5.18atomicmagnetometer……………5.21atomicspingyroscope……………5.19atomictimeandfrequencystandard………………5.5Ccavitycooling………………………4.25cavityoptomechanicalsystem……………………4.28centerofmassmotioncooling……………………4.26chip-scaleatomicclock……………5.11coherentpopulationtrapping……………………4.18coherentstates……………………3.12coldatom……………………………4.11colorcenterindiamond……………5.4Ddelayline………………5.2diamondmagnetometer……………5.22Dopplercooling……………………4.15Eeffectivetemperatureofcenter-of-massmotion………………4.14electronparamagneticresonance…………………4.5HHBTinterferometer………………5.29Heisenberglimit……………………3.7Heisenberguncertaintyprinciple…………………3.6Iiontrap……………………………4.20LLarmorfrequency…………………3.21lasercooling………………………4.13lasertrapping……………………4.22levitatedharmonicoscillator……………………4.12Mmagneto-opticaltrap……………4.21microwaveatomicclock……………5.8microwavefrequencystandard……………………5.8GB/T43737—2024Nnuclearspinmagnetometer………………5.24Oopticalatomicclock…………………………5.9opticalfrequencycomb……………………5.34opticalfrequencystandard………………5.9opticallattice………………4.23opticalmolasses…………………………4.17opticalmomentumeffect…………………3.24opticalrotation……………4.7opticaltweezer……………5.35Ppassiveatomicclock………………………5.6potentialwell………………4.19primarythermometer……………………5.26Qquantumcoherence………………………3.15quantumcontrol……………4.3quantumdecoherence……………………3.16quantumdot………………4.32quantumfieldstrengthmeter……………5.27quantumFisherinformation………………3.5quantumgroundstatecooling……………4.24quantumimaging…………………………4.29quantumInterference……………………3.14quantummaterials………………………4.31quantummeasurement………………………3.1quantummetrology…………………………3.2quantummetrologystandquantumnoise……………3.10quantumnondemolitionmeasurement……………………4.4quantumoptomechanicalsystem…………4.27quantum