自由空间中单原子光学操控的关键实验技术研究

对于微观运动规律的认识在很大程度上是系综平均的结果，特别是对单原子及其量子态还缺乏精密定量的研究。单原子制备和及其量子态操控，无论对于在单原子单光子层次上深刻认识量子物理的基本规律，还是对于发展新的精密测量方法及新的量子器件构筑技术都具有重要意义；特别地，在量子信息处理中实现量子中继、量子信息传输与存储之间的量子接口等方面原子与光子的量子纠缠更是其直接的物理基础。本项目在我们小组已掌握的基于中性原子激光冷却与俘获制备单原子的实验基础上，拟针对与单原子量子态的光学操控密切相关的部分关键实验技术问题进行研究。主要内容包括：1)磁光阱中单原子的高信噪比实时探测及识别技术研究；2)单原子在光学偶极阱中的高效装载，以及偶极阱中原子被加热的物理机制及退相干机制研究；3)单原子量子态的有效制备和相干控制的实验技术研究。

对单原子及其量子态的制备，以及基于单原子激发所辐射光子的精密定量研究，无论对于在单原子、单光子层次上深刻认识量子物理的基本规律，还是对于发展新的精密测量方法及新的量子器件构筑技术都具有重要意义。本项目组基于中性原子激光冷却与俘获手段在采用磁光阱制备单原子的实验基础之上，针对微米尺度远失谐光学偶极阱中单原子的高效制备、单原子的荧光探测及单原子的光学操控等相关的关键实验技术进行了研究，比照原项目申请书和计划任务书，我们顺利并富有成果地完成了该项目的主要任务和研究目标。主要内容包括：1)、单原子的高信噪比探测及识别；2)、单原子在远失谐光学偶极阱中的高效装载，以及远失谐光学偶极阱中原子被加热的物理机制及对单原子俘获寿命的影响；3)、单原子内态的有效制备及寿命评测；4)、基于单原子在远失谐光学偶极阱中的长寿命俘获在连续激光激发下辐射荧光的统计特性研究。在项目执行的三年期间（2010年1月-2012年12月），共在国内外学术期刊发表论文33篇（其中被SCI收录24篇），在国际国内学术会议上报告31篇（其中大会邀请报告2次），获山西省科学技术奖自然科学二等奖1项，培养毕业博士研究生2名、硕士研究生3名。