自旋轨道耦合玻色系统的自旋压缩研究

Time and frequency metrology is extensively applied in positioning and navigation, time keeping and broadcasting, the communication networks, etc. With the development of experimental technology, the precision of time and frequency approaches the standard quantum limit. The spin squeezed states have attracted intensive attention, as it can improve the precision and surpass the quantum limit. We will investigate the spin squeezing of the low dimensional bosonic gases, which is induced by the collision interaction and spin-orbit coupling. Applying the Bethe-ansatz and the effective ring methods to solve the one dimensional and two dimensional spin-orbit coupling bosonic sytems, respectively, the ground states, phase diagrams, spin polarized properties and spin squeezing effects with different spin-orbit coupled and interaction parameters will be investigated. We will obtain the experimental parameter ranges of optimal spin squeezing, which provides the theoretical basis to improve the accuracy of time and frequency for related experiment.

时间频率计量广泛应用于定位导航、守时授时和通信网络等。随着实验技术的发展，时间频率的测量精度已逼近标准量子极限。通过制备自旋压缩态可突破标准量子极限提高测量精度，因此自旋压缩的研究受到了广泛的关注。我们主要研究低维玻色系统在碰撞相互作用和自旋轨道耦合作用下综合产生的自旋压缩效应。采用Bethe-ansatz和有效环的方法分别研究一维和二维玻色系统的基态、相图和自旋极化等性质，探讨自旋轨道耦合系数和相互作用参数与自旋压缩效应的关系。通过我们的研究获得产生最优自旋压缩效应的实验参数范围，为开展相关实验，提高时间频率的测量精度提供理论基础。

本项目研究了冷原子系统制备自旋压缩态的新方法，为突破标准量子极限，进一步提高时间频率的测量精度提供新的理论方案。本项目主要研究了低维自旋轨道耦合冷原子系统产生自旋压缩效应的方法，探讨了产生最优自旋压缩时的参数范围，为开展相关实验，应用于量子精密测量领域提供理论基础。在本项目中，基于平面波展开方法，我们精确求解了自旋轨道耦合冷原子系统，发现了基态发生了能级交叉的新现象。同时，冷原子系统自旋轨道耦合和原子间接触相互作用系统等效为自旋相互作用模型，通过动力学演化方法产生了自旋压缩效应。本项目拓展研究了非厄米自旋相互作用系统产生自旋压缩的效应，研究发现随着时间演化，系统最终稳定在最优的自旋压缩态上，提出了一种制备自旋压缩态的新方法，对实验上实现稳定的自旋压缩态提供了新的思路。