密集超冷銫分子的製備及其布居相干操控

《密集超冷銫分子的製備及其布居相干操控》是依託山西大學，由馬傑擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：密集超冷銫分子的製備及其布居相干操控
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：馬傑
• 依託單位：山西大學

項目摘要

以超冷分子系綜為載體的量子信息物理實現研究在涉及國家安全、經濟發展與社會進步等諸方面有重要意義。超冷分子的製備和相干操控與量子信息處理的交叉結合將為原子分子物理賦予全新的科學意義。本項目旨在以光學偶極阱俘獲密集超冷銫原子樣品為起點，利用超冷銫分子獨有的長程態雙阱隧穿機制，採用受激拉曼光締合和寬頻光學泵浦相結合的實驗方案，通過光學頻率梳對多光場相干操控，實現密集的低振轉基態超冷銫分子的相干製備，研究低振轉基態超冷分子的相干製備機制和布居轉移過程中的相關動力學行為。通過控制光場對密集的低振轉基態超冷銫分子振轉能級布居實現快速有效的相干操控，並研究該過程中光場與超冷分子系綜相互作用的物理機制，以及相干光場對提高布居轉移率的影響。同時探索基於超冷分子系統作為載體的初步量子信息處理的可能途徑和實驗方案。

結題摘要

在四年項目執行期間，課題組建立並最佳化了兩套運行良好的超冷分子實驗系統，解決了超冷分子密集相干製備中最最佳化能級選擇的重要科學問題，掌握了多光場頻率相干鎖定與獨立掃頻的關鍵技術，實現了密集基態超冷分子的製備，完成了項目的計畫內容，獲得了預期的研究成果。發展增強的三維拉曼邊帶冷卻技術，將超冷原子樣品的溫度冷卻到1μK，使其在相干光場中的量子相干效應進一步增強，在磁懸浮交叉光學偶極阱中對預冷卻的超冷銫原子實現了高密度與高效裝載。同時，我們在雙暗磁光阱中成功實現了超冷鈉銫分子的光締合製備。採用一系列高靈敏光譜技術，獲得了超冷銫分子近離解限、長程遠失諧區域等極限探測區域、以及超冷鈉銫分子高激發態的高分辨光締合光譜。利用發展的雙光締合光譜技術，精確測量了超冷銫分子不同振動態下的分子常數，以及超冷極性鈉銫分子超精細能級結構的光致頻移。同時，課題組發展了基於飛秒光學頻率梳系統的寬頻光譜精密選擇技術，獲得實驗所需近紅外光譜區域的寬頻雷射，利用超冷銫分子獨有的長程態雙阱隧穿機制，採用光締合技術結合寬頻光學泵浦，在光阱中相干製備了密集的基態超冷銫分子，利用飛行時間光譜技術探測得超冷基態銫分子樣品分子數約8.2×105，溫度約為 1.5μK，壽命約為 300ms。此外課題組研究了外磁場操控超冷原子-分子間的相互作用，實現了原子-分子系統中的量子態操控。採用Feshbach共振技術對超冷原子氣體的光締合進行操控，實現超冷銫分子系統量子態布居轉移的快速有效調控，使超冷分子的產率提高了近70%。本項目為開展以振轉基態超冷分子為介質的量子模擬、以及量子態操控方面的研究提供了強有力的技術支持。項目執行期間總計發表SCI收錄學術論文26篇，其中包括Las. Phys. Lett.、J. Chem. Phys.、Phys. Rev. A、Opt. Lett.等SCI 高區論文 14篇；授權國家發明專利3項，出版“‘十二五’國家重點圖書出版規劃項目”著作圖書1部。