加速度计作为弱力探测器已经得到了广泛的应用，尤其是在惯性导航、陆基资源勘探和地震监测等领域。加速度计有多种类型，包括电容式、压电式、隧道电流式、热感式和光学式。几乎所有类型的传感器都使用质量弹簧阻尼系统作为位移传感器。这种加速度计的性能高度依赖于位移传感器的制造技术，这直接限制了测量带宽、品质因子和噪声水平。在众多加速度计中，光学加速度计以其高灵敏度而备受关注。然而，此类加速度计的灵敏度原理上受限于散粒噪声限制 (SNL)。开发打破SNL并消除传统位移传感器技术限制的方法和技术成为加速度计创新的迫切需求。

陈丽清教授和袁春华教授理论提出一种原子存储辅助的光-原子量子加速度计 (MQA)，由原子系综、光束和光学元件组成。由光场作为加速度耦合器，感应微小位移，然后通过光和原子干涉提取微小位移信息，继而得到加速度。与传统加速度计相比，MQA具有三个优势。首先，冷原子系综作为位移传感器，代替质量弹簧阻尼系统，可以避免质量弹簧阻尼器系统技术限制。其次，通过相关原子和光的量子干涉构造加速计，加速度测量灵敏度可以突破SNL。第三个优势是加速度计带宽几百 Hz到近 MHz可调，这取决于存储元件存储时间，而存储时间是可控的。文章计算并分析了 MQA的灵敏度和带宽。灵敏度和带宽之间存在反比关系。由于光-原子量子关联性，在存在光损耗和原子退相干的情况下，也可以实现低于 SNL的灵敏度。根据实际实验条件的评估，最佳灵敏度可以达到ng/Hz1/2水平。

这种MQA原理上还可以扩展到其他系统，例如稀土掺杂晶体。具体来说，可以捕获并释放一个晶体以产生光-晶体相关性，光场用于耦合加速度信息，关联的原子通过干涉提取加速度信息。加速度灵敏度取决于相敏粒子数和存储时间。该工作发表于Photonics Research 10, 1022 (2022)。

(a) 光-原子量子加速度计的示意图，它由冷原子系综、光束和原子蒸气室组成

(b) 灵敏度与带宽的变化关系图，灵敏度也可以在几百 Hz 到近 MHz 的带宽范围内达到 SNL 以下