超冷極性分子系綜在人造規範矢場作用下的量子態操控

《超冷極性分子系綜在人造規範矢場作用下的量子態操控》是依託山西大學，由陳剛擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：超冷極性分子系綜在人造規範矢場作用下的量子態操控
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：陳剛
• 依託單位：山西大學

項目摘要

量子態操控的核心是在量子水平上實現可控的人工相互作用。對於超冷極性分子系綜，由於它具有較大的永久電偶極矩，實施量子態操控的普遍手段是調節外電場。但是利用外電場的操控容易受環境的影響。本申請項目將在理論上提出操控超冷極性分子系綜的新方案並在實驗上進行證明。首先，在理論上運用分子之間的可控偶極-偶極相互作用來構造參數空間中的規範矢場。根據已經得到的人造規範矢場，計算超冷極性分子系綜多體波函式的整體拓撲相因子並預言相關的干涉效應。控制拓撲相因子或者干涉效應實現低噪聲的量子態操控方案。其次，通過控制合適的參數，在超冷極性分子系綜實現含有簡併能級的Hamiltonian並在此基礎上構造Non-Abelian規範矢勢並預言新的量子效應。最後，在實驗上運用單光子光締合的方法得到超冷銣銫極性分子系綜，並通過測量布居數觀察已製備的極性分子系綜在人造規範矢場作用下的量子態操控及低噪聲量子信息存儲。

結題摘要

量子態操控的核心是在量子水平上實現可控的人工相互作用。對於超冷極性分子系綜，由於它具有較大的永久電偶極矩，實施量子態操控的普遍手段是調節外電場。但是利用外電場的操控容易受環境的影響。本項目經過3年的努力不但在理論上提出操控超冷極性分子系綜的新方案，並且在實驗上進行初步探索。所得成果在國內外重要物理期刊上發表SCI收錄論文19篇，其中《Phys. Rev. Lett.》1篇，《Sci. Rep.》(Nature 出版社出版)2篇，《Phys. Rev. A》9篇，《Appl. Phys. Lett.》1篇。另外，課題組負責人作為重要學術骨幹參加國家重大科學研究計畫（2012CB921600）。在理論上獲得的代表性成果有：（1）利用極性分子的偶極-偶極相互作用構建了手性量子態及非阿貝爾規範矢場。（2）發現非阿貝爾規範矢場（或稱為自旋軌道耦合）能有效提高分子締合效率，並嚴格證明上述過程在低維空間和有限溫度下不存在超流序，並在此基礎上通過研究BKT轉變獲得Majorana費米子在有限溫度下的工作範圍。（3）提出一種新的微繞方法，解決了當耦合強度小於光子頻率的一半時Rabi模型的基態和激發態問題。另外，在該模型中發現一種新的Rabi振盪，其振盪周期反比於驅動幅度。（4）發展一套量子場論方法計算具有分子與分子（或原子與原子）相互作用和特殊人造規範場下超冷玻色氣體的熱力學問題。在實驗可行的參數區間通過控制系統的溫度出現分離相到單動量相的轉變。而且, 其臨界溫度不依賴於囚禁勢。在臨界點上，熱熔有一個很大的越變。該越變可以用來度量該熱力學相變。(5)通過控制超冷原子或分子的軌道自由度獲得一種無耗散、高可控、強耦合的新型自旋相互作用。通過調節Raman雷射的Rabi頻率，即可實現壓縮因子達-30dB左右的自旋壓縮。所得成果對於進一步探索超冷原子、分子體系中的大自旋壓縮具有啟發作用，並有助於設計更好的原子分子鐘。在實驗上發展了一種通過測量磁光阱中超冷原子俘獲損耗精確確定超冷分子光致頻移率的實驗方法，研究了光致頻移率對超冷分子布居能態的振動、轉動量子數的依賴關係。該結果對精密測量超冷分子振轉能級束縛能，以及精確操控振轉能級具有重要的物理意義。