超冷里德堡气体高效激发的量子动力学研究

里德堡态原子气体的研究一直是原子分子与光物理领域一个十分活跃的研究分支。近年来，伴随着原子冷却技术的发展，超冷里德堡原子气体凭借着其独特的性质，比如超大的偶极矩与长的相干寿命，受到冷原子分子物理与量子信息交叉领域研究者的特别关注。由于强的偶极-偶极相互作用与原子相干性，超冷里德堡原子气体成为研究多体量子物理、量子态操控、超冷分子产生等十分理想的工具。目前国际上对这一研究方向的探索才刚刚拉开帷幕。在本项目中，我们将具体在理论上解决1）受激拉曼绝热通道高效激发超冷里德堡气体的量子动力学研究；2）绝热光缔合过程实现巨型里德堡分子凝聚体的动力学理论。本项目的开展将为超冷里德堡原子分子气体的实验研究提供直接的理论指导，对拓展原子分子与光物理领域现有理论具有非常重要的意义。

近几年，超冷里德堡原子凭借其独特的性质，例如超强的量子相关性，偶极相互作用的长程性，超长的原子能级寿命等，已经成为原子物理与光物理领域一个崭新的前沿科学方向，吸引了国际国内越来越多研究团队的关注。超冷里德堡原子气体作为一个相干独立的超冷物质源，是研究超低温环境下量子多体效应的首选，在量子信息科学、量子模拟、量子计算机、超冷化学等领域都拥有非常好的研究潜力和应用前景。在本项目，我们着眼于在超冷里德堡原子系统中研究如何克服里德堡偶极阻塞效应，从而实现高效率的双里德堡能态布居概率。. 项目完成的主要研究内容概括如下：.1）由于相邻两个里德堡原子之间能够产生很强的偶极相互作用，会导致其中一个原子的共振能级发生偏离而激发受阻，所以当原子囚禁于光学晶格中（每个晶格内放置一个原子），这种激发阻塞效应会使系统的动力学稳态呈现非均匀的稳态解分布。我们通过构造不同参量空间的稳态相图呈现了在二维光学晶格体系中稳态解的分布情况，并对稳定性作深入探究。.2）在一个开放系统中，实现稳定的量子相分布的条件是体系的驱动作用和耗散作用达到一个动态的平衡。我们研究了体系耗散作用（由自发辐射引起）和里德堡态偶极作用的竞争对稳态量子相图的影响，通过构造相似的原子能级结构来分析产生双稳和多稳相的原因。.3）由于多原子相互作用通道之间的量子干涉，传统的二原子模型方法来描述里德堡偶极阻塞会部分失效。我们研究了多原子系统下里德堡阻塞效应包括阻塞半径的描述方法，模拟了三原子里德堡阻塞球的空间各向异性的形变，并证明了里德堡反阻塞效应条件的普适性。.4）基于多光子受激拉曼绝热通道（准相干布居囚禁态）和中间能级失谐量的补偿，我们发现即使当里德堡能态间相互作用大于泵浦光拉比频率时，也能实现了较好的双里德堡态布居概率。该结果为实验上制备高密度的超冷里德堡原子气体预言了新的方向。