原子腔系統中的新奇量子態

《原子腔系統中的新奇量子態》是依託首都師範大學，由孫青擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：原子腔系統中的新奇量子態
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：孫青
• 依託單位：首都師範大學

項目摘要

在本項目中，我們主要研究在腔量子電動力學結合冷原子體系的原子腔系統中尋找新奇的量子態。通過考慮原子間內秉的關聯效應，比如粒子統計和粒子間相互作用，我們研究這個系統的基態和動力學行為。眾所周知，對於多原子Dicke模型，原子腔耦合在一定條件下會誘導體系進入所謂的超輻射相；另一方面，對於冷原子，原子間的關聯是產生許多重要的量子態的主要原因，比如玻色愛因斯坦凝聚體和超流體等。然而在原子腔體系，我們需要同時處理這兩種效應，他們之間的競爭很有可能會引起許多超越通常視野的非平庸的量子態和量子現象的產生。為了這個目的，我們從原子腔中的兩體問題開始，然後考慮無相互作用的冷原子氣體與腔耦合的情形。在此基礎上，我們研究更一般的相互作用費米氣體與腔耦合的情況。進一步的，我們討論平方光力學模型的冷原子實現及其關聯動力學。通過本項目，我們將表明對原子腔的研究為尋找新奇的量子態提供了新的重要途徑，具有重要的科學意義。

結題摘要

近年來，隨著實驗的進展，腔量子電動力學結合冷原子物理的研究吸引了人們的廣泛興趣，取得了一系列重要進展，比如光學腔中單光子強耦合區的實現、Dicke模型超輻射轉變的動力學實現等。在本項目中，我們緊跟當前的理論和實驗進展，針對原子腔系統的少體和多體問題展開研究。特別關注考慮原子光耦合與原子外部運動及原子間相互作用的相互影響之後，這個耦合體系中可能出現的新奇量子態和動力學行為。具體來說，我們首先求解了腔中具有吸引相互作用的雙原子問題，結果表明，原子光耦合會使得系統處於雙原子polariton的原子光糾纏態。在一定條件下，調節原子光耦合強度可以誘導基態polariton發生從束縛到非束縛的量子轉變。隨後，我們系統研究了非公度周期勢引入的無序對腔中玻色氣體超輻射轉變的影響。通過調節無序勢的強度，超輻射轉變的發生趨勢會表現出反直覺的增強，對應的臨界橫向泵浦強度隨之減小並在無序轉變點降為0。另一方面，對於軸向泵浦的腔中Raman耦合的玻色氣體，通過調節Raman雷射的強度，腔場產生的周期勢可能與玻色氣體的平面波基態相匹配而出現共振激發，形成動量空間的約瑟夫森效應—平面波與條紋相之間的震盪現象。此外，我們也研究了冷原子體系中的自旋軌道耦合效應，比如光輔助雙層系統中的自旋軌道耦合及該系統中玻色氣體和費米氣體基態問題、自旋軌道耦合引起的孤子動力學和雜質間的誘導相互作用等。這些結果揭示了腔與冷原子系統中原子光耦合及原子間的關聯效應對於新奇量子態的形成的重要作用，對於量子光學的研究、冷原子量子模擬和調控有著重要的科學意義。