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超冷原子体系中的量子相干调控和非经典光源产生

超冷原子体系由于其灵活的可操控性,一直被认为是可能实现量子计算机的平台之一,也是当前实验研究最为活跃的领域之一。

研究内容:

1、利用光学格点研究单原子和多原子阵列量子调控的理论和实验实现,包括具体的可控旋转,内态控制等。通过对低温下玻色或费米原子体系的研究,分析其量子状态对于外界调控的响应,进而实现量子计算的基本操作。

2、冷原子物质波干涉的理论研究以及拉曼技术下人工合成规范势对超冷原子体系的影响,其中涉及到平衡态以及激发谱等方面的研究;

3、超冷原子体系与腔量子光场的相互作用系统的稳态及动力学性质的研究,以及此类系统在量子模拟和量子精密测量中的应用。

4、基于超冷原子体系与光腔耦合各种非经典光源产生,包括光相干态、光态、光粒子态以及光纠缠态等各种非经典光源的产生。

研究特色及创新点:

量子信息操作的基本单元是二能级系统,而超冷原子体系中可以很自然地实现两分量共存。团队成员徐晓强特聘教授正是擅长研究多体相互作用对超冷原子体系二能级结构及多能级结构的影响,而该研究方向的重要特色和创新之处就在于利用多体相互作用,人工合成规范势(通过旋转、自旋轨道耦合等作用)对超冷原子系统进行作用,进而实现操控的目的。而本团队在此方向上的研究已达到国际先进水平,方向负责人徐晓强教授与其合作者的一系列原创成果均发表在国际顶级期刊上,其中两篇发表在Physical Review Letters (SCI 一区) [Phys. Rev. Lett.107, 200401 (2011), Phys. Rev. Lett 108, 185301(2012)],该杂志是国际上物理类最高级别学术期刊之一,其中一篇更是得到了“编辑推荐”而顺利发表。他们的成果中研究了当前超冷原子的热点问题之一,即,考虑人工合成规范势的影响。他们的工作及时地讨论了阿贝尔(旋转)和非阿贝尔(自旋轨道耦合)规范势对旋量玻色爱因斯坦凝聚的影响,填补了国际上在该方向上的空白,并在国际上首次指出了自旋轨道下旋量玻色爱因斯坦凝聚体与具有Dzyaloshinskii-Moriya的手征磁体的相似性,其重要的科学价值获得了编辑和审稿人的一致肯定,一经发表迅速引起国内外学者的广泛关注,短短一年多时间内已有SCI他引近30次,Google引用48次。超冷原子体系具有广阔的可应用前景,而超冷原子的实验条件也日趋成熟,目前已运用到了原子钟等关系民生的项目中。

团队成员董莹博士在光学微腔耦合两分量玻色爱因斯坦凝聚体的研究方面也得到颇具创新性的研究成果。他与合作者发现原子的质心运动自由度与原子内部的赝自旋自由度会同时与腔场发生耦合,由此而产生的原子质心运动,原子气的集体自旋及腔内光场之间的相互作用将引起强烈的非线性效应,并由此导致光波和物质波在极少光子数条件下,同时出现多稳的行为。该结果以Rapdi communications形式发表在SCI二区期刊Phys. Rev. A上。

我们的研究包括了利用超冷原子体系模拟量子计算的系统,进行量子调控,而这其中分析讨论多体相互作用以及其他机制对于量子计算的影响,具有极大的前瞻性,创新性和必要性。并基于超冷原子与量子光场的光力系统,考虑在量子模拟以及量子精密测量,包括量子陀螺仪方面的研究,这对国防、民生都有重要意义。另外,光相干态、态、粒子态以及光纠缠态等各种非经典光源在高强度新型节能光源开发以及量子密码建立和信息安全通讯方面具有广阔的应用前景,因此研究如何利用超冷原子体系与光腔耦合产生各种非经典光源也是一项具有特色和创新性的重要工作

主要承研人员:徐晓强、董莹、杜新悦、熊少杰

负责人:徐晓强

出生年月:

1964.10

性别:

职称:

校聘教授

学习科研经历:

2001.9 – 2005.6
2005.9 – 2010.8

2010.10– 2012.7 2012.9 – 今

浙江大学物理系 学士
浙江大学物理系 硕士、博士
韩国成均馆大学物理系 博士后
杭州师范大学理学院

研究领域:

主要研究方向为超冷玻色气体的多体效应,以及人工合成规范势的影响,研究成果发表在PRL、PRA等国际顶级杂志上。目前获得国家自然科学基金青年科学基金项目一项。