《超冷里德堡原子系綜的非平衡量子多體物理》是依託華東師範大學，由錢靜擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：超冷里德堡原子系綜的非平衡量子多體物理
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：錢靜
- 依託單位：華東師範大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
超冷里德堡原子憑藉其獨特的性質已經成為原子分子與光物理中最為活躍的一個前沿領域，在量子信息科學、超高精密測量、量子仿真、超冷化學等領域都有廣泛而重要的套用。當原子被激發到里德堡態時，原子巨大的電偶極矩將誘導產生強偶極-偶極相互作用，使其成為只包含單個原子合作激發的超原子源。如此一個具有良好相干性的物質源有望成為研究超低溫環境下量子多體效應的首選。在本項目中，申請人在前期基礎上將繼續緊密跟隨國際上在該領域的發展趨勢，從理論上探究驅動-耗散機製作用下各種有趣的非平衡物理問題：1、實現超冷里德堡原子系綜的超高保真度的糾纏穩態並拓展其在量子信息科學的套用；2、研究里德堡原子的非線性光學效應並實現光對原子非平衡動力學的量子操控；3、基於光學微腔系統的反饋和增強機制對超冷里德堡原子實施無破壞的量子測量和量子態控制。本項目的順利實施將對完善超冷里德堡原子的現有理論和發展實驗新方法具有重要意義。
結題摘要
超冷里德堡原子憑藉其擁有獨特內稟屬性（超長壽命、超強相互作用、超靈敏的相干控制），近年來在量子信息科學技術、量子模擬與仿真、量子光學與精密測量等方面的研究中都展現出別於普通中性原子的優勢。尤其是在量子糾纏的研究上，里德堡原子作為一種承載強關聯集體效應機制的特殊的相干物質源，非常適用於量子非平衡系統中多體糾纏和合作激發現象的研究。本項目研究內容的開展便是立足於超冷里德堡原子系綜與量子信息結合的大背景，從非平衡里德堡原子系綜的量子穩態、超冷里德堡原子系綜的非線性光學效應和里德堡原子集體效應在微觀量子器件研發上的套用三大方面入手，呈現了一系列的研究成果。現對獲得的兩個關鍵成果及其科學意義進行概述： 1）由於里德堡原子之間的強阻塞效應使得非平衡系統展現豐富的穩態量子相行為。我們創新性地研究異核里德堡原子系統由於長程次近鄰相互作用導致的量子相變，發現除驅動-耗散競爭機制是主導穩態的關鍵因素之外，原子之間相互作用的強度與種類也是非常重要的。因為異系系統通常需要考慮同系原子間的范德瓦爾斯作用與異系原子間的偶極-偶極作用。該成果為實驗上研究異核或異系裡德堡原子的動力學過程指明了新的方向，也將人們的目光引向了不同種類里德堡原子的家族。 2）我們提出利用偶極阻塞效應製備里德堡激發開關的新方案。在一團原子中，當鄰近原子被激發到里德堡態時會引起其他原子能級的移動使它們的激發受阻，這便是熟知的里德堡阻塞效應。基於阻塞效應已經實驗實現了單光子開關或單光子電晶體等器件，套用廣泛。我們設計一種Y型結構在兩路里德堡激發通道（強耦合和弱耦合）之間靈活地切換目標單里德堡態的布居數，而控制的關鍵僅是開啟或關閉強耦合通道中里德堡原子之間的相互作用，易於在實驗上實現。當然工作的局限性在於目前只考慮了兩個獨立的原子，需要往多原子體系拓展。該工作為研究里德堡全光量子開關開闢了新的路徑，也引領了里德堡量子器件發展的新方向。
