基於超冷極性分子系綜的單光子量子信息處理

《基於超冷極性分子系綜的單光子量子信息處理》是依託山西大學，由賈鎖堂擔任項目負責人的重點項目。

基本介紹

• 中文名：基於超冷極性分子系綜的單光子量子信息處理
• 項目類別：重點項目
• 項目負責人：賈鎖堂
• 依託單位：山西大學

項目摘要

量子信息科學與技術在涉及國家安全、經濟發展與社會進步等諸方面有重要意義。以光場和分子為信息載體的研究在量子信息的物理實現方面占有舉足輕重的地位。可控單光子態的產生將會刷新量子光學的現有內容，將光與物質相互作用的物理內涵推向一個新的更高的層次。超冷分子系綜的相干操控與量子信息儲存的交叉結合將為原子分子物理賦予全新的科學意義。本項目將在超冷極性分子的實驗系統的基礎上，研究使用多種機制分別製備和操控稀薄與密集的超冷極性分子系綜，研究其量子動力學性質。製備基於染料單分子螢光的頻率可調諧的單光子態，研究微型光學腔對提高光與單分子相互作用以及壓縮螢光頻寬的作用。研究增強超冷極性分子相干操控的物理機制，以超冷極性分子、單光子等為信息載體，量子光學理論與雷射光譜技術為基礎，實現單光子在超冷極性分子系綜中進行多通道並行量子信息處理的有效途徑。

結題摘要

研究單光子量子態在超冷極性分子的多通道並行處理，可以為超冷極性分子晶片的製備提供理論基礎和技術準備。在超冷原子實驗平台的基礎上，從理論和實驗上得到製備超冷RbCs基態分子的最佳方案，研究使用多種機制製備和操控超冷極性分子系綜，研究其量子動力學性質。製備基於染料單分子螢光的頻率可調諧的單光子態。研究利用外場調控下超冷極性分子的動力學效應實現光量子信息存儲與提取。以超冷極性分子、單光子等為信息載體，量子光學理論與雷射光譜技術為基礎，實現單光子在超冷極性分子系綜中進行多通道量子信息的並行處理。 本項目利用光締合和暗阱技術製備了超冷RbCs異核極性分子，實現了超冷異核分子的有效振轉冷卻，利用絕熱轉移提高合成超冷分子的產率與分子內態的操控；基三重態a3Σ+銣銫分子的產率約為2.5×10^4/s，分子溫度約為10μK；測量了超冷極性分子的光締合光譜，測得(2)^3ΠRbCs分子的電偶極矩為4.7±0.6 D。利用高靈敏的調製解調螢光光譜技術，獲得了超高分辨的振轉能級光譜信息，探測到了最低振轉能級v = 0和v = 1。建成低溫（～3K）單分子量子光學系統，在波長在734nm附近獲得單光子量子態線寬50MHz，平均光子數20kHz。通過外加電場控制極性單分子電偶極矩取向，測量了電場誘導極性分子的激化動力學特性，實現對單分子螢光的單光子偏振態的操控。在超冷銣銫基態分子光學視窗734nm附近得到了多通道暗態，並產生了多通道EIT，進行了光量子態和多通道超冷銣銫分子系綜的相互作用的研究。 研究成果發表SCI收錄論文72篇，其中在《Physics Review Letters》，《Physics Review A》，《Appl. Phys. Lett.》，《Optics Letters》和《Phys. Chem. Chem. Phys.》等影響因子大於3的重要期刊上發表論文26篇；獲得國家發明專利授權12項；獲山西省科學技術獎自然科學類一等獎一項；項目組“光與原子分子相互作用的量子效應” 團隊獲批教育部創新團隊。