铯原子介质中高阶模纠缠态在量子精密测量中应用

Quantum precision measurement plays an important role in quantum physics, and it helps in developments between in physics and astronomy, biology, information science and earth science for quantum sensor. The quantum behavior of light-atom interaction provides the key technologies for the quantum and atomic sensor. In this project, we investigate the manipulation of quantum entanglement in atomic system based on quantum coherence and nonlinear effect, and detect the quantum phase noise and its dependence on the parameters of system with high precision using the technology of quantum state detection. Furthermore, we investigate the manipulation and measurement of Goos-Hänchen shift in atoms with periodical absorption and dispersion.

量子精确测量对量子物理学的发展具有重要作用，同时也促进了物理学与天文学、生物学、信息科学、地球科学等交叉学科的发展，有助于推动量子传感系统及器件的实用化进程。光与原子相互作用的量子效应为以光和原子为载体的量子和原子传感器件的研究提供关键技术手段。该项目研究在铯原子系综中，基于多能级原子相干效应和非线性效应，实现多光束空间高阶模量子纠缠的有效操控,利用量子纠缠探测技术实现光场量子位相的低噪声灵敏检测，并间接检测引起原子色散特性变化的不同参量如原子系统中磁场，作用场的偏振起伏。并进一步研究在具有周期性吸收、色散特性原子中光子-原子界面形成的Goos-Hänchen位移的操控及其测量，实现原子-光量子界面的空间微小位移测量。

量子精密测量对量子物理学的发展具有重要作用，有助于推动量子传感系统及器件的实用化进程。光与原子相互作用的量子相干效应具有丰富的光学特性，为量子和原子传感器件的研究提供操控性极强的光学技术。该项目分别在铯原子和铷原子系统中完成了原子相干效应的多种操控：如吸收周期性调制、晶格结构以及各项光学异性特性等的操控，以及引起的自旋霍尔效应和其产生的微小位移的量子精密测量操控。与此同时，通过操控多能级原子系统的激发过程，实现了原子中光学晶格特性的操控与量子模拟。对晶格结构引起的手性到平带局域化的操控与辐射测量，感知激发场的相位和强度的变化规律，为进一步研究多参量如微波场、外场起伏扰动等的灵敏探测奠定基础和研究平台。