里德堡阻塞区域内原子集体激发几率的研究

里德堡阻塞是指由于里德堡原子的偶极相互作用，一定区域内一群原子同时激发时，只有一个原子能被激发到里德堡态而其他原子激发被阻塞的效应。中性原子基于里德堡阻塞实现了两原子的纠缠和两量子比特受控非门，使中性原子向量子信息处理的应用方向迈出了重要一步。但基于该方法扩展到多原子纠缠和多量子比特算法时，理论计算显示，里德堡阻塞区域内原子的不同空间位置会产生不同的多原子集体激发几率，从而影响多原子纠缠的保真度和量子算法执行效率。本项目在红失谐光偶极阱囚禁单个铷原子的实验基础上，拟在空间光调制器的帮助下实现不同空间构型的单原子阵列，在对阵列中原子同时进行里德堡激发后，测量原子激发的几率，从而研究里德堡阻塞区域内原子不同的空间位置对多原子集体激发几率的影响。我们希望通过本项目的实施从实验上对理论进行验证、补充或修改，从而为实现多原子纠缠、多原子量子算法、长程里德堡分子的制备以及其他应用提供支持。

通过本项目的实施，我们发表了SCI论文5篇，完成项目既定的文章任务。在实验方面，基本完成了项目的计划任务。我们完成了对单原子阵列的一系列研究，并观测到单原子里德堡激发信号，在实验上取得的一系列重要进展包括：1）克服了半导体激光器的非相干光引起的单原子内态的改变，使单原子在偶极阱中的自旋反转时间达到800ms以上；2）实现了单原子特定磁子能级95%以上的制备效率，并完成了单原子量子比特的保真度达到0.95的单比特操控；3）成功实现了四原子环形阵列；4）采用申请书中的EIT稳频方案，实现了里德堡激发所需的480nm和780nm激光器的频率锁定，并观测到了单原子激发到58D里德堡态而导致损失信号；5）改进了里德堡激发的稳频方案，采用超高细度FP腔实现了480nm和780nm激光器线宽压窄和频率长漂的稳定。并在此基础上取得两项代表性的成果：用CPMG脉冲序列延长单原子相干时间（Opt. Exp. 21,032130 (2013)）和研究了单原子在阵列中的转移对保真度影响（Phys. Rev. A 90, 062335 (2014)）。