《冷原子系綜單集體激發態的操縱、轉化及退相干研究》是依託中國科學技術大學，由苑震生擔任項目負責人的重大研究計畫。
基本介紹
- 中文名：冷原子系綜單集體激發態的操縱、轉化及退相干研究
- 項目類別：重大研究計畫
- 項目負責人：苑震生
- 依託單位：中國科學技術大學
中文摘要,結題摘要,
中文摘要
本項目旨在深入研究單光子、冷原子集體態的測量和操控的實驗方法和技術。我們將使用冷原子系綜和環形光學腔結合的方法，探索單光子和冷原子單激發態之間相互作用和轉化的物理機制，並套用於高品質的確定性單光子源的製備；我們將使用光晶格、光場補償和磁場補償等技術大幅提升冷原子單激發態的退相干時間，為未來精密測量和頻率標準提供科學平台；並且利用受激拉曼躍遷技術探索新的抑制冷原子集體態退相干的方法，以及實現單激發態量子比特任意旋轉的直接操控；同時廣泛開展基於單激發態量子存儲的套用研究。本項目的開展將使我們能夠建成一個基於光和冷原子量子調控的科學研究平台，提升我們對光子、冷原子集體態的操控能力，同時推動相關學科和基礎工業的發展，儲備量子調控技術，培養一批掌握量子調控基本原理和實驗技能、有創新精神並有豐富科學實踐經驗的青年科研人才。
結題摘要
主要研究內容：根據本項目申請書中設定的研究目標和研究內容--即單光子、冷原子集體態的測量和操控的實驗方法和技術，結合研究團隊已經具備的研究基礎，我們合理的安排了科研人員和研究資源，主要在新物理機制探索和新技術的開發兩方面開展了科研工作，成功地完成了本項目的研究目標，獲得了一批原創性的研究結果。 主要研究成果包括：(a) 使用冷原子系綜和環形光學腔結合的方法，我們實現了對存儲在原子系綜中單自旋波的高效率讀出，同時，實現了自旋波原子內態和光子偏振態之間的高保真度糾纏產生和操控，為基於量子中繼器的遠距離量子網路建設提供了基本模組，該研究成果發表在PRL 114, 210501 (2015)；(b) 把冷原子裝載到光晶格，凍結了原子熱運動從而抑制了自旋波亂相，實現了近80%的讀出效率和0.2秒的退相干時間，成為國際上綜合性能最好的量子存儲器，該研究成果發表在Nat. Photon. 10, 381 (2016)；超冷原子裝載到光晶格，我們實現了原子之間自旋相互作用的調控，並在國際上首次產生和探測了約600對原子自旋比特的糾纏，該研究成果發表在Nat. Phys. 12, 783 (2016)；(c) 實驗中使用受激拉曼躍遷技術調控自旋波集體激發態中的自旋迴波效應，通過巧妙的選擇控制光場的空間模式及最佳化其脈衝形狀，首次在單量子激發的水平驗證了自旋迴波效應對冷原子集體態退相干的有效抑制，並演示了該方法對自旋波單量子的任意旋轉操控的能力，該研究成果發表在PRL 115, 133002 (2015)。 科學意義：以上的研究成果代表了國際上對冷原子集體態的量子調控、單激發自旋波退相干抑制、光與原子比特糾纏操控等研究的最高水平，為基於量子中繼器的大尺度量子通信網路和基於超冷原子的量子計算積累了重要的物理基礎。成果發表後即獲得了國際同行的廣泛關注。同時，在本項目執行期間我們通過“青年千人”計畫引進海外人才1人，培養了包括5名博士生、11名碩士生的一批優秀研究生，為我國量子信息科學的發展儲備了高水平的創新人才。通過本項目的開展，我們與國際同行進行了廣泛的交流和建立了深入的合作。
