量子操控制备超冷极性分子及其在量子信息处理中的应用

量子信息科学与技术在涉及国家安全、经济发展与社会进步等诸方面有重要意义。以光场和分子为信息载体的研究在量子信息的物理实现方面占有举足轻重的地位。超冷极性分子系综的相干操控与量子信息处理的交叉结合将为原子分子物理赋予全新的科学意义。本项目将在超冷原子实验系统的基础上，使用"Feshbach共振增强光缔合"机制和"双光子受控Raman光缔合"机制分别制备和操控高密度的超冷极性分子，研究其动力学性质。进行严格理论求解和数值计算，得出实验所需的相关能级参数。研究超冷极性分子作为信息载体在量子信息处理中的原理与物理机制，实现光子在超冷极性分子系综中进行量子信息存储与提取的有效途径和方法。

本项目在超冷原子实验系统的基础上，使用双光子受控Raman光缔合机制制备和操控高密度的超冷极性分子，研究了超冷原子团内部的碰撞动力学过程。利用计算小分子能量的CCSD(T)方法，精确地计算了RbCs分子的最低的1,3Σ+电子态势能曲线。实验上获得了振转冷却的a3Σ+基态超冷铷铯极性分子，制备了与b3Π短程态耦合的(2)0+长程态及(2)0-长程态，与c3Σ+ 短程态耦合的(3)0-长程态，及(2)3Π短程分子态，其中(2)0+态分子和(2)3Π分子可用于高效制备基单态的铷铯分子；测量了电场诱导极性分子的极化动力学特性，通过单分子荧光直接观测极性分子偶极极化的时间常数及其电子极化效应。利用静电场对超冷铷铯分子态的Stark效应，测量获得(2)3Π分子电偶极矩为4.7Debye。使用非刚性模型对铷铯分子光谱进行分析，获得了相应分子态的转动常数和离心扭曲常数。研究超冷极性分子作为信息载体在量子信息处理中的原理与物理机制，初步实现光子在超冷极性分子系综中量子信息存储与提取。