超冷里德堡氣體高效激發的量子動力學研究

《超冷里德堡氣體高效激發的量子動力學研究》是依託華東師範大學，由錢靜擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：超冷里德堡氣體高效激發的量子動力學研究
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：錢靜
• 依託單位：華東師範大學

項目摘要

里德堡態原子氣體的研究一直是原子分子與光物理領域一個十分活躍的研究分支。近年來，伴隨著原子冷卻技術的發展，超冷里德堡原子氣體憑藉著其獨特的性質，比如超大的偶極矩與長的相干壽命，受到冷原子分子物理與量子信息交叉領域研究者的特別關注。由於強的偶極-偶極相互作用與原子相干性，超冷里德堡原子氣體成為研究多體量子物理、量子態操控、超冷分子產生等十分理想的工具。目前國際上對這一研究方向的探索才剛剛拉開帷幕。在本項目中，我們將具體在理論上解決1）受激拉曼絕熱通道高效激發超冷里德堡氣體的量子動力學研究；2）絕熱光締合過程實現巨型里德堡分子凝聚體的動力學理論。本項目的開展將為超冷里德堡原子分子氣體的實驗研究提供直接的理論指導，對拓展原子分子與光物理領域現有理論具有非常重要的意義。

結題摘要

近幾年，超冷里德堡原子憑藉其獨特的性質，例如超強的量子相關性，偶極相互作用的長程性，超長的原子能級壽命等，已經成為原子物理與光物理領域一個嶄新的前沿科學方向，吸引了國際國內越來越多研究團隊的關注。超冷里德堡原子氣體作為一個相干獨立的超冷物質源，是研究超低溫環境下量子多體效應的首選，在量子信息科學、量子模擬、量子計算機、超冷化學等領域都擁有非常好的研究潛力和套用前景。在本項目，我們著眼於在超冷里德堡原子系統中研究如何克服里德堡偶極阻塞效應，從而實現高效率的雙里德堡能態布居機率。 項目完成的主要研究內容概括如下： 1）由於相鄰兩個里德堡原子之間能夠產生很強的偶極相互作用，會導致其中一個原子的共振能級發生偏離而激發受阻，所以當原子囚禁於光學晶格中（每個晶格內放置一個原子），這種激發阻塞效應會使系統的動力學穩態呈現非均勻的穩態解分布。我們通過構造不同參量空間的穩態相圖呈現了在二維光學晶格體系中穩態解的分布情況，並對穩定性作深入探究。 2）在一個開放系統中，實現穩定的量子相分布的條件是體系的驅動作用和耗散作用達到一個動態的平衡。我們研究了體系耗散作用（由自發輻射引起）和里德堡態偶極作用的競爭對穩態量子相圖的影響，通過構造相似的原子能級結構來分析產生雙穩和多穩相的原因。 3）由於多原子相互作用通道之間的量子干涉，傳統的二原子模型方法來描述里德堡偶極阻塞會部分失效。我們研究了多原子系統下里德堡阻塞效應包括阻塞半徑的描述方法，模擬了三原子裡德堡阻塞球的空間各向異性的形變，並證明了里德堡反阻塞效應條件的普適性。 4）基於多光子受激拉曼絕熱通道（準相干布居囚禁態）和中間能級失諧量的補償，我們發現即使當里德堡能態間相互作用大於泵浦光拉比頻率時，也能實現了較好的雙里德堡態布居機率。該結果為實驗上製備高密度的超冷里德堡原子氣體預言了新的方向。