超冷單里德伯原子的製備及其操控

《超冷單里德伯原子的製備及其操控》是依託山西大學，由趙建明擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：超冷單里德伯原子的製備及其操控
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：趙建明
• 依託單位：山西大學

項目摘要

相對於基態原子，里德伯原子具有原子半徑、電偶極距和電極化率大，相互作用強的重要特性。藉助於雷射冷卻與俘獲技術獲得溫度約200μK的超冷原子，將其激發到里德伯態而形成超冷里德伯氣體，其熱運動動能遠小於原子間的相互作用能，超冷系綜的動力學過程主要由外部勢能和原子間的相互作用能來確定。特別是由里德伯原子偶極相互作用產生的激發阻塞（blockade）效應，對量子信息處理和量子邏輯門的實現具有重要的意義。利用外電場調節超冷里德伯原子的能級和原子間的相互作用，進而實現可調控的相互作用和可控量子邏輯門。.本項目主要研究內容：1）從理論和實驗上研究超冷里德伯原子間的長程相互作用；2）研究外場對超冷里德伯原子相互作用的影響以及導致的力學效應，實現電場對里德伯原子能級和相互作用的調控；3）研究超冷里德伯原子的激發阻塞效應及其動力學過程和機制；4）實現超冷單里德伯原子的製備，探索可調控量子邏輯門的實現。

結題摘要

本項目 “超冷單里德伯原子的製備和操控（No.61078001）” 主要以超冷原子為研究介質，利用雙光子激發超冷原子製備超冷單里德伯原子。從理論和實驗上研究了超冷里德伯原子間的長程相互作用，外場對超冷里德伯原子相互作用的影響以及導致的力學效應。實現了電場對里德伯原子能級和相互作用的調控，研究了超冷里德伯原子的激發阻塞效應及其動力學過程和機制，進而實現了超冷單里德伯原子的製備。 具體的：1.理論上利用微擾理論數值計算了超冷里德伯原子間的長程相互作用的特性，以及里德伯原子的Stark能級。2.實驗上將原子激發到nS、nD態,實驗研究了里德伯原子的Stark效應以及態混合和態轉移現象。3.研究了超冷nS原子的長程相互作用導致的激發阻塞效應。4.在磁光阱的基礎上實現了偏振梯度冷卻，進一步降低了原子的溫度。增加了1.064微米的偶極阱，提高了原子的密度。5.在偶極阱中實現了單里德伯原子的製備。 經過本項目的實施，建立了一套製備和操控超冷單里德伯原子的實驗系統，發表相關論文18篇，其中物理評論快報《Phys. Rev. Lett.》一篇（合作發表），物理評論A 《Phys. Rev. A 》三篇，歐洲物理快報 《EurPhys. Lett.》 一篇,《J. Phys. B》 一篇，《J. Phys. Soc. Jpn》三篇，以及其他期刊論文九篇。申報發明專利兩個。參加國內外學術會議11人次。在項目執行期間，邀請英國諾丁漢大學的李偉斌教授來所就裡德伯原子強相互作用的相關問題進行交流，並邀請美國Oklahoma大學的J.P.Shaffer教授來所訪問交流。項目組成員趙建明於2011年到法國國家科學研究中心的Aime Cotton實驗室進行訪問，就裡德伯原子的多體相互作用進行了合作交流。成員張臨傑赴美國Wisconsin州立大學訪問，就超冷單里德伯原子的製備進行合作研究。 本項目的實施過程中，培養碩士生5名，兩名已經順利畢業獲得碩士學位；博士研究生三名。申報國家發明專利兩項。