时间频率是迄今为止人类所能测量到的最为准确的物理量,Cs原子喷泉钟的系统相对不确定度已经进入小数10^-16量级,而基于光频段禁戒跃迁的光钟更是将其系统相对不确定度评估至10^-18甚至10^-19的水平。现如今高精度的时间频率系统在计量学、卫星导航、深空探测、甚长基线干涉、基本物理规律检验等领域发挥出了越来越重要的作用。²⁷Al⁺离子的钟跃迁线¹S₀-³P₀跃迁的自然线宽只有8 mHz,由于它不存在电四极矩频移、拥有较小的Zeeman频移而且是目前所有光钟体系中对黑体辐射最不敏感的离子,因此²⁷Al⁺离子光钟备受人们的青睐。然而由于缺乏²⁷Al⁺离子直接冷却¹S₀-¹P₁跃迁所需的167 nm激光器,²⁷Al⁺离子目前无法被直接冷却和探测从而必须采用量子逻辑技术实现。在我们实验方案当中,选用²⁵Mg⁺作为逻辑离子实现对²⁷Al⁺离子的协同冷却和量子逻辑谱的读出。本文将主要介绍围绕²⁷Al⁺离子量子逻辑谱的实现展开的一系列工作,这也是本人攻读博士学位期间的主要研究工作,它们包括:1.搭建了一套镁-铝离子量子逻辑光钟的物理系统和软件控制系统;2.进行了²⁵Mg⁺-²⁷Al⁺离子对的Raman边带冷却,将其冷却至振动基态,借助该套装置我们精确测量了²⁵Mg⁺离子基态超精细结构常数的大小;3.实现了²⁷Al⁺离子¹S₀–³P₁跃迁量子逻辑谱的探测。以上研究工作为对于后续²⁷Al⁺离子光钟的实现奠定了扎实的基础。