用非线性波包干涉测量法重构分子波函数

The control and manipulation of the wave functions of molecules has been the subject of intense study in the field of coherent control and quantum information. In the past few years, molecules have become a promising media for quantum information processing. Various techniques to detect nondestructively and reconstruct wave functions have been developed for the read-out of the final state and for other tasks. Among them, the technique of linear wave-packet interferometry (WPI) is simple and straightforward. The method uses a well-known reference wave packet to interfere with an unknown target wave packet. The information of the amplitudes and phases can be derived from the overlap between the reference and unknown wave packet. However, the power of linear WPI is limited since the reference wave packet need to evolve on the same known potential as the target does. A new method termed nonlinear wave packet interferometry is predicted to be able to reconstruct a rovibronic target wave packet evolving on an ill characterized potential. We propose an experimental scheme for the realization of this method so rovibronic wave packets can be reconstructed with high fidelity. We believe that the nonlinear WPI will be a powerful method to detect and reconstruct molecular wave functions.

分子波函数的控制和加工一直是相干控制和量子信息等领域中的一个重要研究主题。近几年来，分子作为量子信息的潜在载体得到了很多关注。相关研究都需要无损伤探测和重构分子波函数的关键技术。线性波包干涉测量法可以用来实现这个任务。这个方法用一个已知的参考波包和待探测的波包干涉产生信号，从测量到的波包干涉信号得到相关波函数的振幅和位相信息。然而该方法要求事先知道参考波包和待求波函数所在势阱的详细参数。理论工作者最近提出了一个新方法称之为非线性波包干涉测量法。用这种方法，即使待测波包所处的势能曲线即势阱的参数未知，待测波包的振幅和位相也可以由实验确定。在本申请书中我们以碱金属双原子分子为研究对象提出了一个实验方案来实现这个理论设想从而高保真地重构分子波包波函数。我们相信非线性波包干涉测量法在实验上的成功实现将使它成为探测和控制各种量子体系波函数的理想方法。

分子波函数的控制和加工一直是相干控制和量子信息等领域中的一个重要研究主题。前几年理论工作者提出了一个被称之为非线性波包干涉测量法的新方法。用这种方法，即使待测波包所处的势能曲线即势阱的参数未知，待测波包的振幅和位相也可以由实验确定。在本项目中我们以碱金属双原子分子为研究对象提出了一个实验方案来实现这个理论设想从而高保真地重构分子波包波函数。在项目执行期间，我们搭建了一套可以测量波函数的相位的超快光谱实验系统。我们研究了双原子铷分子的高激发态，得到了一系列高激发电子态的能级结构和势能曲线等重要信息。我们同时在理论上分析了分子高激发态中的耦合扰动情况。这些研究结果对分子在相干控制和量子信息等领域中的应用提供了有用信息和新型的技术手段。