鑫图Aries 16 | 锶原子光晶格钟研究测试

锶88（88Sr）作为一种中性原子，在量子计算领域具有巨大的应用潜力。它属于碱土金属元素，具有特殊的能级结构，这使得它在量子计算和量子模拟中非常有用。锶原子可以从亚稳态激发到里德堡态，这一过程中存在合适波长的光镊可以同时捕捉亚稳态和里德堡态原子，有效抑制激发过程中多普勒效应引起的退相干，有望大幅提高多量子比特操控保真度。

近期，香港科技大学相关课题实验组采用鑫图Aries 16和进口sCMOS相机对锶88原子进行实验研究。如图1所示，研究人员使用Aries 16相机对锶原子461nm波段的信号获得了高信噪比的图像。

图1 Aries 16 锶原子461nm的成像效果

锶原子光晶格钟的核心部件通常包括：冷原子光晶格量子参考体系、超稳本地振荡器和飞秒光学频率梳等。其中，量子参考体系使用光晶格来捕捉原子，通过高灵敏度探测器对这些原子跃迁产生的荧光进行探测并实现原位测量，从而研究原子之间的相互作用，或者获得原子数与荧光信号强度的对应关系。由于光晶格中的原子运动状态类似于热运动，对探测器灵敏度要求很高，才能确保足够的时间分辨率。

当锶原子的格点距离为9 μm时，研究人员对比了Aries 16与进口sCMOS相机(bin2)的成像结果。如图2所示，Aries 16在曝光时间为70ms时的信噪比水平相当于sCMOS相机（bin2）在100ms曝光时的水平。这表明Aries 16的灵敏度优于sCMOS相机，在弱光成像领域具有明显优势。

图2为Aries16与进口sCMOS相机的数据对比，格点距离为9 μm。图A为Aries16相机70ms原始图像；图B为sCMOS相机(bin2)100ms原始图像，图C和图D为格点上荧光点信号（每帧选取18个点位置）多帧数据的直方图统计。两峰分别代表两种不同强度的原子状态，两峰之间的分离度可以用于估算信噪比。

Aries 16 创新性地利用鑫图先进降噪技术和大像元芯片结构设计相结合，大大提升了相机的弱光探测能力，为用户提供了EMCCD国产替代的可行性解决方案；与进口6.5μm sCMOS相机相比，无需binning即可获得更高的光子收集能力，在冷原子弱光探测等领域具有广阔的应用前景。