基于极性单分子的量子态的制备与操控

量子信息对于发展现代信息科学与技术具有非常重要的意义，有效制备与操控量子态是量子信息处理物理实现的基础和关键。本项目利用极性单分子易于外场调控的性质，研究基于低温（3K）极性单分子的量子态的制备、测量与操控。通过外电场调控单分子的能态以及操控分子之间的偶级-偶级相互作用。研究单分子电子输运特性，抑制量子遂穿导致的退相干。提高强聚焦的线偏振弱光场与单分子的相互作用，实现相干操控强耦合系统中的极性单分子。测量单分子在强耦合作用下的吸收光谱、电场作用下的Stark频移荧光光谱、光场作用下的Autler-Townes分裂光谱和光谱跳跃与扩散。获得单分子（0－0）跃迁长相干时间，制备单光子量子态；研究制备由单分子基态和激发态构造的相干叠加态；通过分子对的纠缠特性制备纠缠态。利用光子计数和高阶关联测量不同量子态的统计行为与演化特性，研究各种消相干机制对量子态的制备和操控的影响。

本项目利用极性单分子能态易于外场调控的性质，研究基于低温（3K）极性单分子的量子态的制备、测量与操控。利用声光迟滞效应在时域上将单分子荧光与背景噪声分离，从而实现消除与单分子荧光相同光学频率的背景噪声，获得高清晰度的单分子荧光成像；研究了聚合物中单分子动力学特性和电子转移特性，以及电场操控单分子电子转移动力学和聚合物极化动力学；利用单分子电子转移导致的单分子荧光变化探测了PMMA聚合物在电场作用下的极化特性，发现由PMMA 基质中空间电荷的不均匀性导致的单分子荧光迟滞效应；实现了低温下单分子的成像和荧光特性探测，通过测量不同温度下单分子的荧光寿命，研究了聚合物中单分子电子转移动力学与温度的依赖关系；测量了低温单分子光谱，获得基于单分子（0－0）跃迁的单分子量子态，利用外电场操控单分子内的电子转移特性实现单分子开关；利用光子计数和高阶关联测量单分子量子态的统计行为与演化特性，研究消相干机制对量子态的制备和操控的影响。本项目研究单分子和聚合物中电子转移特性和有效操控制备单分子量子态为实现单分子的分子量子器件奠定理论基础与技术储备。