超冷极性分子纠缠态的制备及调控

Ultracold polar molecules are amenable to be dominated by external field due to their permanent electric dipole moments (EDM) which arise from asymmetry of electric charge distribution. The quantum state preparation and manipulation of ultracold polar molecules under external field are the frontiers of science. Based on the experimental setup of ultrcold polar molecules, we will use different regime and methods to produce and manipulate ultracold polar molecules, regulate molecular internal states and orientation in space by external field, study the collision property and decoherence progress of ultracold polar molecule gas with high density under different external fields, get the optimization experimental parameters under external field by quantum scattering theory, investigate the dynamics process of ground state molecular purification through elastic collision and long range dipole-dipole interaction of ultracold polar molecules under external electric field. Because of their complex internal structures, we can also investigate the physical coherent enhancement mechanism of ultracold polar molecular under external field and study the quantum entanglement preparation of ultracold polar molecules. In addition, these development will be useful to the new principle and method for quantum state manipulation, and will obtain some important progress in molecular quantum sate manipulation, measurement and application.

超冷极性分子因其空间不对称导致的固有电偶极矩使得它易于受外场操控，外场作用下的超冷极性分子量子态的制备及其调控是当前重要的科学前沿问题。本项目在超冷极性分子实验系统基础上，使用多种机制和方法制备和操控超冷极性分子，通过外场调控分子内态和空间取向，研究高密度超冷极性分子气体在不同外电场条件下的碰撞特性及其退相干过程，利用量子散射理论得出外电场条件下实验所需的相关参数，研究通过非弹性碰撞纯化基态分子的动力学过程；研究外场作用下的超冷极性分子长程偶极-偶极相互作用。利用超冷极性分子丰富的内在量子结构，研究在外场作用下增强超冷极性分子相干操控的物理机制以及超冷极性分子的量子纠缠态制备，发展对量子态调控的新原理、新技术，在分子量子态的操控、测量及应用方面取得重要进展。

超冷极性分子具有丰富的内态结构和空间不对称性及永久电偶极矩，其独特的长程偶极-偶极相互作用有利于外场操控，使其在量子态调控领域具有非常广阔的应用前景，是当前物理学研究的重要前沿领域，相关研究在精密测量、量子信息、超冷化学和多体物理等被广泛关注。本项目旨在建立基于超冷极性分子的基础研究和相关应用的实验平台，利用超冷极性分子丰富的内在量子结构，研究分子间相互作用，制备分子量子态并对其调控。. 本项目实施期间研究人员按照研究计划认真执行，顺利完成了如下研究目标：通过俘获损耗光谱技术和多光子电离技术获得了详细的超冷极性分子激发态和基态的光谱，为研究超冷RbCs分子内态结构提供了丰富的能级数据，校准和补充了其他实验组的相关结果；通过分子级联跃迁获得了纯基态振转能级最低的超冷RbCs分子，研究了在光学偶极阱中超冷原子分子的相互作用和碰撞动力学过程；在外电场作用下，测量了超冷极性分子的电偶极矩，理论和实验上研究了偶极-偶极相互作用下的分子量子纠缠行为及其对原子分子碰撞动力学的影响。. 通过项目实施，建立了一套运行稳定的制备低温度高密度长寿命纯基态超冷RbCs分子的实验系统，形成了可以持续开展基于超冷极性分子的基础研究和相关应用的实验平台。制备了纯基态X1Σ+ (v=0,J=0) 最低振转量子态的超冷极性分子，研究了偶极-偶极相互作用对原子分子光谱展宽的作用。实验过程中发展了一种测量超高真空压强和超冷气体温度的新方法。研究结果和发展的实验方法为实现超冷极性分子转动量子态的微波操控和量子模拟提供了理论基础和技术支持。