超冷里德堡锶原子的实验研究

An ultra-cold Rydberg gas offers an ideal opportunity to study strongly interacting quantum systems and to implement quantum simulation due to the long-range dipolar interactions acting over macroscopic length scales. In this project, we propose to establish a research platform for cooling and trapping two-electron strontium atoms in University of Science and Technology of China, in which atomic beam provided by two-dimension (2D) magnetic optical trapping (MOT) and high-quality 3D Blue MOT and Red MOT creating ultra-cold strontium gas will be performed. With Blue MOT and Red MOT schemes Rydberg strontium in the singlet and the triplet states is launched by laser excitations. Rydberg spectra and new phenomena for doubly excited Rydberg states are studied, in which electromagnetically induced transparency (EIT), Autler-Townes, Rydberg blockade induced by strong interactions of Rydberg atoms, and potential applications for ultra-cold plasma will be explored. Ultracold Rydberg gas provides new opportunities and challenges for study of many-body quantum physics and is the fundation for the development of new quantum entanglement sources and quantum information storage.

超冷里德堡气体中存在具有宏观尺度的长程偶极相互作用，是研究强相互作用量子系统和进行量子模拟研究的理想体系。本项目拟在中国科学技术大学建立冷却囚禁双电子锶原子的科学研究平台，研发新的二维磁光阱（MOT）原子束技术，实现三维 Blue MOT和Red MOT的高质量超冷锶原子气体，完成单重态和三重态里德堡锶原子的制备，观察里德堡光谱，探索高激发里德堡态规律，研究里德堡态的电磁诱导透明，Autler-Townes分裂，阻塞效应以及里德堡相互作用在锶超冷等离子体中应用。超冷里德堡气体为研究多体量子物理提供了新的机会和挑战，是研制新型量子纠缠源和量子信息储存器的基础。

超冷里德堡气体中存在具有宏观尺度的长程偶极相互作用，是研究强相互作用量子系统和进行量子模拟研究的理想体系。本项目旨在建立一个冷却囚禁双电子锶原子的科学研究平台用于超冷里德堡气体中的量子操控和模拟。本项目创新性地将二维磁光阱（MOT）原子束技术应用于锶原子，获得了高质量的冷原子束流，基于此完成了三维 Blue MOT和Red MOT的超冷锶原子气体制备，实现了以亚稳态5p2 3P1为中间态的锶原子里德堡三重态的双光子激发，测量了高精度里德堡光谱，研究了里德堡态光谱中的Autler-Townes分裂和由强里德堡相互作用导致的阻塞效应。超冷锶原子里德堡气体为研究多体量子物理提供了新的机会和挑战，尤其适合于实现里德堡缀饰态。结合新兴的光镊技术里德堡锶原子是研制新型量子纠缠源和量子信息储存器的重要候选者。