腔内单原子的激光冷却、囚禁与操控实验及其最新进展

本文综述了腔内单原子的激光冷却、囚禁与操控的基本原理、实验方案和结果及其最新进展,并介绍了腔内单原子激光操控实验的最新进展及其在腔内量子电动力学(腔内QED)效应、亚泊松光子统计、单原子激光、量子态制备、单光子源和量子信息处理等研究中的应用。     

腔内单原子光学研究的实验进展及其应用

文章综述了腔内单原子光学的实验研究及其最新进展，主要介绍了腔内单原子的激光冷却与囚禁的最新实验结果及其在单光子源、单原子激光和量子信息处理等研究中的应用．     

单原子脉塞和单原子激光——腔量子电动力学的实验平台

单原子脉塞和单原子激光是腔量子电动力学研究的重要实验平台。本文综述关于几类单原子脉塞和单原子激光的研究工作,包括德国Walther小组的单原子脉塞、超冷原子注入的单原子脉塞,法国Haroche小组的腔量子电动力学系统、注入原子的单原子激光、以及囚禁原子和囚禁离子的单原子激光。我们介绍相关的理论工作、实验系统、以及主要结果。     

单原子冷却及光学操控的实验进展

文章综述了基于原子冷却与俘获的单原子制备及其光学操控的基本实验原理及实验进展,并介绍了单原子制备及光学操控在量子寄存器、单光子源、原子-光子纠缠等方面的应用,简述了文章作者所在研究小组在单原子制备和光学操控方面的实验进展.     

原子光学讲座第二讲量子原子光学

近年来,有关玻色一爱因斯坦凝聚（BEC）及其量子光学性质的理论与实验研究得到了飞速发展,并取得了一系列重大进展,从而形成了一门原子光学的新分支学科——“量子原子光学”．文章重点介绍了量子原子光学的研究内容、实验结果及其最新进展,主要包括BEC实验研究的重大进展、原子量子态的实验制备、原子激光的产生及其最新进展、BEC凝聚体或原子激光的相干性和费米原子气体的量子简并等．     

微型光学偶极阱中单原子相干操控Rabi振荡的实现及其应用

文章综述了Rabi振荡的基本原理以及微型光学偶极阱中单原子相干操控Rabi振荡的研究进展,同时介绍了其在单光子源、量子寄存器、量子计算等方面的应用,并简要介绍了作者所在小组在微型光学偶极阱中单原子操控方面的实验进展.     

原子反射镜及其应用

原子反射镜是人们从事原子光学实验研究的重要器件之一.本文将简单综述采用冷原子磁、光操控技术发展起来的诸如消逝波原子反射镜、半高斯光束原子反射镜、周期性磁化的磁带反射镜、周期性排列的永久磁铁反射镜和载流导线磁反射镜等各种原子反射镜的基本原理、实验方案及其最新进展,并就原子反射镜在原子光学实验中的应用作一简单介绍.     

内腔多原子直接俘获的强耦合腔量子力学系统的构建

腔内中性原子的长时间控制与俘获一直是腔量子电动力学(QED)中的一个难题,极大地制约了人们相干操控单原子及其与光相互作用的研究.基于传统Fabry-Perot光学腔,设计了一套易于内腔原子操控的强耦合腔QED系统,其典型参数为:腔长3.5 mm精细度约为57000,(g0,κ,γ)=2π×(1.48,0.375,2.61)MHz,临界光子数和原子数分别为1.54和0.89.该系统的特点是:能够在腔内直接实现冷原子磁光阱,并建立腔内光学晶格,实现腔内可控数目的中性原子的长时间俘获.通过合理选择构建光学偶极阱和原子成像系统,可实现对腔内单个原子或原子阵列的操控、探测、成像等.该系统可以克服传统腔QED系统中转移原子的困难,大幅增加腔内原子的寿命,为构建以腔QED系统为基础的量子信息演示平台提供了一种可能.     

超冷单原子分子阵列

用光镊形成光阱囚禁单个原子、用激光将单个原子冷却到基态形成超冷原子、将超冷原子相干合成单个超冷分子、将单原子分子重排串成丰富多样的超冷单原子分子阵列,这就构成了精密相干可控的多粒子量子系统,为多种前沿科学研究与技术发展提供难得的量子平台.文章介绍近年来在单原子量子态高保真操控、异核原子量子纠缠、原子一分子耦合态相干控制...     

单原子量子调控研究取得重要进展

激光冷却的中性原子具有长的态相干时间,是量子计算、量子仿真、量子信息处理等研究领域的众多候选体系之一,对单个中性原子的操控是当前量子调控研究方面的难点和热点。武汉光电国家实验室的原子芯片团队,在单原子量子调控研究方面取得重要进展。该团队利用空间光调制器实现了独特的单原子全息光阱阵列,     

冷原子系综内单集体激发态的相干操纵

原子系综内部分原子发生相干态转移后所处量子态被称为集体激发态.如果激发数目在单原子量级则被称为单激发态.在量子存储过程中,单光子以单激发态的形式在原子系综内进行存储.因此,研究单激发态的制备、演化、转化、干涉等过程是量子存储及其应用研究的关键.本文总结了近年来作者所在研究团队针对冷原子系综体系在此研究方向取得的若干成果.主要包括采用动量模式调控、三维光晶格等手段抑制单激发态的退相干,采用环形腔增强原子至光子的转化效率,发展基于拉曼光的单激发态相干转移技术,利用单量子态不同模式间干涉制备光与原子纠缠,利用里德伯阻塞机制提升纠缠制备效率等.此外,简要回顾了基于多个单激发态的量子中继及量子网络实验.     

微波驱动双模四能级单原子中连续变量纠缠的制备

通过两个经典微波场驱动相应的原子精细跃迁诱导产生原子相干, 研究在双模单原子激光器中连续变量量子纠缠的制备和演化. 研究结果表明: 微波场强度可以有效地控制腔场纠缠特性; 通过调节相应的频率失谐, 能够同步增加腔场总的平均光子数、腔模间的纠缠时间和强度. 关键词： 四能级单原子 原子相干 连续变量纠缠     

单原子在两个远红失谐光偶极阱中的转移

在光偶极阱中实现单个中性原子的囚禁及其操控在量子信息处理中具有重要的应用.为此在使用强聚焦远红失谐激光形成的光偶极阱囚禁单个中性铷原子后,通过一个空间可移动的光偶极阱从静止的光偶极阱上掠过,实现了将静止的光偶极阱中的单原子以94%的概率转移到可移动的光偶极阱中,并将该原子移动到焦平面上指定的位置.该实验对于实现光偶极阱阵列中任意两个原子的纠缠以及光偶极阱中原子外在自由度的操控等研究有着潜在的应用.     

中性原子量子计算研究进展

相互作用可控、相干时间较长的中性单原子体系具备在1 mm2的面积上提供成千上万个量子比特的规模化集成的优势,是进行量子模拟、实现量子计算的有力候选者.近几年中性单原子体系在实验上取得了快速的发展,完成了包括50个单原子的确定性装载、二维和三维阵列中单个原子的寻址和操控、量子比特相干时间的延长、基于里德伯态的两比特量子门的实现和原子态的高效读出等,这些工作极大地推动了该体系在量子模拟和量子计算方面的应用.本文综述了该体系在量子计算方面的研究进展,并介绍了我们在其中所做的两个贡献:一是实现了"魔幻强度光阱",克服了光阱中原子退相干的首要因素,将原子相干时间提高了百倍,使得相干时间与比特操作时间的比值高达105;二是利用异核原子共振频率的差异建立了低串扰的异核单原子体系,并利用里德伯阻塞效应首次实现了异核两原子的量子受控非门和量子纠缠,将量子计算的实验研究拓展至异核领域.最后,分析了中性单原子体系在量子模拟和量子计算方面进一步发展面临的挑战与瓶颈.     

原子芯片的基本原理、关键技术及研究进展

飞速发展的激光冷却、囚禁与操控中性原子的理论和实验技术不仅促进了人们对微观物质运动规律的认知,而且在精密测量和量子信息领域催生了多项颠覆性的器件与应用.不同于传统复杂庞大的原子光学实验装置,原子芯片通过在硅等基底上制备的表面微纳结构或器件来精准控制磁场、电场或光场,从而在小尺度、低功耗条件下实现对原子的强束缚与相干操控...     

集成原子光学及其原子芯片

随着原子激光冷却、囚禁与操控技术以及微米、纳米微电子制作技术的快速发展与不断完善,一个新兴的原子光学分支学科一“集成原子光学及其原子芯片”正在形成。本文重点介绍了集成原子光学及其原子芯片的集成方案、实验结果及其最新进展：包括表面微结构原子光学元器件、微磁结构集成原子光学、微光结构集成原子光学和微磁光结构集成原子光学及其原子芯片的设计方案与微制作技术及其最新实验结果。最后,简单总结了原子芯片的设计原则,讨论了芯片设计与研制中尚待解决的问题,并就集成原子光学的潜在应用及其未来发展作一简单展望。     

中性原子的激光导引及其应用

文章综述了采用中空光纤中红失谐高斯模式,红失谐高斯激光束,中空光纤中蓝失谐消逝波和蓝失谐暗中空光束实现中性原子激光导引的原理,方法和实验及其最新进展,并简单介绍了激光导引原子技术在原子光学领域中的应用。     

集成原子光学及其原子芯片

随着原子激光冷却、囚禁与操控技术以及微米、纳米微电子制作技术的快速发展与不断完善,一个新兴的原子光学分支学科—“集成原子光学及其原子芯片”正在形成。本文重点介绍了集成原子光学及其原子芯片的集成方案、实验结果及其最新进展:包括表面微结构原子光学元器件、微磁结构集成原子光学、微光结构集成原子光学和微磁光结构集成原子光学及其原子芯片的设计方案与微制作技术及其最新实验结果。最后,简单总结了原子芯片的设计原则,讨论了芯片设计与研制中尚待解决的问题,并就集成原子光学的潜在应用及其未来发展作一简单展望。     

腔损耗对规则注入单原子微激光的影响

用解密度矩阵主方程的方法研究了在原子与场相互作用期间考虑腔损耗情况下规则注入的单原子微激光。通过数值模拟给出了有损耗情形注入率r与腔损耗系数c之间应满足的阈值条件，并讨论了不同腔损耗对稳态光子数分布和平均光子数的影响。     

单原子操控——2012年诺贝尔物理学奖得主Haroche科学成就简介

2012年诺贝尔物理学奖授予了法国的Serge Haroche和美国的David J.Wineland,以表彰他们在单粒子(单原子或单离子)操控领域的杰出贡献.他们两人分别参与开创了单粒子操控的两类实验系统,并利用这些实验系统研究了许多有意义的物理效应.简单来说,Haroche的实验系统研究飞行原子与光场的相互作用;Wineland的实验系统研究囚禁离子与光场的相互作用.本文简要介绍Haroche小组的工作.