單箇中性原子的操控與精密測量

《單箇中性原子的操控與精密測量》是依託山西大學，由張天才擔任項目負責人的重大研究計畫。

基本介紹

• 中文名：單箇中性原子的操控與精密測量
• 項目類別：重大研究計畫
• 項目負責人：張天才
• 依託單位：山西大學

項目摘要

光頻區強耦合腔量子電動力學系統為操控單箇中性原子,在單粒子水平上對原子進行精密測量提供了可能，包括對原子的質心位置、速度等參數的精密測量，最終實現對原子內外態的全控制（Full Control）。強耦合腔量子電動力學結合超冷原子物理、量子光學和靈敏的單光子探測技術，為實現原子的確定性控制與測量奠定了基礎。本項目將研究：（1）以銫原子為對象，在實驗上研究單箇中性原子的長時間精密控制；（2）通過原子與微光學腔中光場的作用，對單個原子質心運動的軌道進行精密測量；（3）利用原子與光學腔作用的透射場，研究通過量子反饋控制原子的位置；（4）利用單原子與光學腔中高階模的作用，研究原子質心運動軌道（Atom Trajectory）的精密測量。這項研究將有助於我們深刻認識光與原子相互作用的基本過程，發展單粒子水平上原子精密操控和精密測量手段，具有重要的意義。系統的純淨性也有利於與理論進行嚴格的比較。

結題摘要

本項目主要圍繞自由空間中微光學阱和微光學腔內單個原子的操控和測量開展實驗研究。項目以銫原子為對象，在實驗上研究單箇中性原子的長時間精密控制，通過原子與微光學腔中光場的作用，對單個原子質心運動的軌道進行精密測量，利用單原子與光學腔中高階模的作用，研究原子質心運動軌道（Atom Trajectory）的精密測量。通過三年的研究，實現了自由空間中單個原子內外態的操控，單個原子被長時間俘獲，完成了腔內單個原子觸發-俘獲的反饋控制，實現了單個原子與腔內高階橫模的強耦合，利用強耦合系統實現了原子溫度、軌道等若干參數的精密測量，對單個原子的軌道測量精度達到100納米，腔的Q值達到4×10^7。單個原子的內態相干時間達到10ms左右。項目實現了原定的技術目標，包括微米級光學偶極阱的構建和原子操控時間的增加，原子相關參數的精密測量、腔內偶極阱的建立及腔致冷卻延長原子的駐留時間，還對原子的內態進行了操控與精密測量；構建了新的腔QED系統，提出了原子操控的新方案。在Appl Phys Lett, Phys Rev A等刊物發表論文18篇（其中SCI 17篇），申請專利4項，其中2項已授權；參與出版著作1部。2名學生獲得博士學位、5名學生獲得碩士學位(其中1名獲得省級優秀博士論文,一名獲得省級優秀碩士論文)。本項目全面完成了預定任務，達到了預期目標。