《雙光子躍遷主導超冷原子系綜的量子相干操控》是依託吉林大學，由吳金輝擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：雙光子躍遷主導超冷原子系綜的量子相干操控
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：吳金輝
- 依託單位：吉林大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
單光子躍遷主導的EIT和STIRAP技術是對各類原子系綜進行量子相干操控的兩個最重要雷射耦合技術，已被廣泛用於光學信息的可逆存儲和原子布居的絕熱遷移等諸多方面。但是，雙光子躍遷主導的EIT和STIRAP現象尚未得到足夠重視。. 在本項目中，針對選定的五能級原子系統，在兩個探測光（或Pump光）滿足雙光子共振、兩個耦合光（或Stokes光）滿足雙光子共振且四個相干雷射均有較大單光子失諧的情況下，我們將從穩態吸收光譜、原子動態演化和系統暗態構成等方面著手，研究雙光子躍遷主導的EIT和STIRAP現象。我們將特別關註裡德堡原子的長程偶極作用對雙光子EIT穩態光譜和STIRAP動態演化的影響，並分析偶極封鎖效應導致的暗態糾纏特性。我們還將利用雙光子EIT和STIRAP技術與偶極封鎖效應對限制在光晶格或磁光阱中的超冷原子系綜進行量子相干操控，並提出幾個切實可行的量子糾纏態和量子邏輯門實現方案。
結題摘要
考慮到單光子躍遷主導的各類量子相干現象已得到充分研究，而雙光子躍遷主導的EIT和STIRAP等現象尚未得到足夠重視，特別是里德堡原子特有的偶極阻塞效應和多重周期調製等相干操控手段正在引起更多關注，我們針對幾個典型原子系統選擇適當的耦合機制研究了與雙光子躍遷有關的一些新奇物理現象並探討了相關套用，具體開展了3方面的研究工作並取得了如下重要進展。1、雙光子EIT和STIRAP系統的量子相干操控：分析了複雜單光子系統絕熱約化為簡單雙光子系統的主要條件，模擬了基於完全STIRAP技術的原子布局絕熱輸運過程，提出了利用分數STIRAP技術實現任意幾何相位積累的理論方案，發現可利用高精度拍頻信號獲取量子光場相位信息或利用超快光學前驅標記超慢弱光信號。2、基於里德堡原子偶極阻塞效應的量子相干調控：研究了一個單里德堡態EIT系統，發現可獲得對輸入強度敏感且伴隨較強光子聚束（反聚束）效應的正常（反常）非線性EIT視窗；通過建立修正的超級原子模型糾正了關於透射光強和光子關聯的不當預期，發現可利用偶極阻塞效應的偏振敏感特性設計高效光子相位門；研究了一個雙里德堡態EIT系統，發現可同時調控雙光子和三光子關聯函式並在單光子和雙光子輸出之間自由轉換；分析了STIRAP條件下里德堡原子的動態演化，發現既可進入反偶極阻塞區實現由基態到里德堡態的高效布局轉移，也可進入偶極阻塞區在基態和里德堡態之間實現最大量子糾纏。3、基於單重和雙重周期調製的量子相干調控：研究了一個雙∧型原子晶格，發現在無增益耦合機制下可產生便於單光子量子糾纏實現的雙色關聯光子帶隙，在有增益耦合機制下可產生超低閾值的雙色分布反饋雷射；研究了一個單∧型原子晶格，發現利用都卜勒效應破壞時間反演對稱性可獲得高達95%的光學不互惠性，進而設計光子二極體等輸運性質不對稱的量子器件；研究了一個準∧型EIT系統，發現能夠實現可見光（紅外光）控制紫外光的二階（五階）光子帶隙；研究了一個N型EIT系統，發現當原子密度和動態頻移的空間周期分布具有一定相移時，能夠實現PT反對稱性、非厄密簡併與單向光學反射。上述3項研究成果對於理解一些複雜的光子-原子耦合機制，以及發展基於光子-原子界面的量子操控技術和新型光子器件有重要科學意義。
