里德堡原子系综单量子态的形成机理和性质

通常的原子气体系综单激发态是通过增大泵浦激光的失谐或降低它的强度来控制散射率，使得在实验窗口内平均只有单个光子被吸收。利用里德堡原子在激发态具有电偶极相互作用产生的阻塞效应可以更有效地制备纯度更高的原子系综的单激发量子态。在特定交叉静电磁场中的里德堡原子可以诱导出巨大的电偶极矩，高达两万德拜，满足实现室温下偶极阻塞效应的条件。这样制备的单量子态拥有巨电偶极矩特性，可以利用外电场更容易地操控原子的状态和它们之间的相互作用。我们计划以现有的交叉场实验装置为基础，结合利用冷原子磁光阱技术产生的高单色性和高亮度的冷原子束，在实验上观察到里德堡原子的巨偶极阻塞效应，制备出拥有巨电偶极矩的单量子态。本项目进一步的科学目标包括利用光谱学的方法和单光子荧光探测技术来检测该单量子态，标定量子态的结构特性，并通过调控外电场来研究该单量子态的动力学演化特征，并演示它们在量子信息技术上的应用。

通常的原子气体系综单激发态是通过增大泵浦激光的失谐或降低它的强度来控制散射率，使得在实验窗口内平均只有单个光子被吸收。利用里德堡原子在激发态具有电偶极相互作用产生的阻塞效应可以更有效地制备纯度更高的原子系综的单激发量子态。因此，外场中的里德堡原子的量子态检测极为重要。由于制备的单量子态拥有大的电偶极矩，可以利用外电场更容易地操控原子的状态和它们之间的相互作用，并利用相互作用来实现检测方案。我们以现有的交叉场实验装置为基础，结合利用冷原子磁光阱技术产生的高单色性和高亮度的冷原子束，在实验上实现了里德堡原子的偶极单量子态检测。