《基於微光學腔的中性單原子量子態的操控》是依託山西大學，由張天才擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：基於微光學腔的中性單原子量子態的操控
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：張天才
- 依託單位：山西大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
冷原子技術和微光學腔的發展為我們在單量子水平上操控原子提供了實驗基礎。本項目主要從實驗上研究基於現有高品質光學微腔控制原子狀態，包括外部自由度和內態的控制。這項研究一方面可以在確定性的和可以控制的環境下，研究單原子-光場相互作用的量子效應及退相干物理過程；另一方面，該項研究可以為發展量子暫存器、量子邏輯門等量子信息關鍵器件提供物理基礎。項目主要研究：1）高精細度光學腔中單原子的確定性光學操控、單原子的輸運；2）強耦合單原子的受激拉曼絕熱通道（Stimulated Raman Adiabatic Passage,STIRAP）技術以及原子內態的製備；3）探索在單原子控制基礎上研究光場-原子糾纏以及原子-原子糾纏行為。4）相關的單量子測量過程。該研究以現有量子光學與光量子器件國家重點實驗室為平台和實驗基礎，將會推進我們在單量子控制和測量方面的研究並發展相關的超靈敏測試和分析技術。
結題摘要
本項目主要開展基於微光學腔的單原子操控與測量方面的實驗研究。利用冷原子和腔的作用，實現原子狀態的操控，進而研究在確定性和可以控制的環境下，單原子-光場相互作用的量子效應，為我們在單量子水平上操控原子提供了實驗基礎。通過幾年的實施，我們取得了一系列的研究進展， 完成學術論文48篇，其中SCI論文35篇；申請發明專利5項，已獲得1項授權，參與撰寫著作2部(1部已出版)，省級科技獎勵1項，鑑定成果1項。主要完成的工作包括：1）利用銫冷原子實現了單原子與微光學腔的強耦合，即單個銫原子與微光學腔的耦合大於腔內光子的損耗和原子本身的自發輻射損耗， 觀察到單原子的真空Rabi分裂等基本的量子現象；2）利用強耦合系統測量了原子的若干參數，包括原子的溫度、統計性質以及單原子質心軌道。實驗上第一次實現了單個原子與腔內高階非對稱模式的強耦合作用，包括從TEM00到TEM30模式，從而消除了原子軌道的簡併性，確定了單原子的軌道，並大幅度提高了測量精度；3）實現了微光學阱中單個原子的長時間控制與測量。我們建立了微尺度的光學偶極阱，完成了對單個原子長達分鐘的控制，對單個原子測量的信噪比有了實質性的提高，獲得了單原子輻射的強烈的反聚束效應，為相干操控單個原子的內態奠定了堅實的基礎；4）研究了基於強耦合腔QED系統獲得量子資源、實現量子糾纏轉移以及量子信息的新途徑。5）完成了單原子以及微光學腔的操控、測量等關鍵技術的改進，解決了一系列技術問題，申請國家發明專利6項，包括極低損耗的超鏡損耗的測量、超穩定超高精細度微光學腔的製作方法、高精細度微光學腔的鎖定裝置及其鎖定方法、Raman雷射產生系統、單個原子成像的探測方法等，為在實驗上深入研究單量子系統的行為奠定了基礎。
