光格子中冷原子的量子操控

Controlling directed migration of atoms in the optical lattices is a fundamental condition for quantum manipulation of ultracold atoms. One cannot move an atom by applying an electric field since it is charge neutral. We propose a method to freely move a pair of correlated atoms in one or two dimensional optical lattices. We may split the atom pair into two coherent branches which form a qubit and suggest the possibility of store quantum information. By making use of this mechanism of manipulating atoms, we investigate various schemes of realizing quantum entanglement in the cold atoms which include two or many partites, try to construct the GHZ state or W state and design an experiment the test the Bell's theorem. Our motivation is to propose a new platform in the optical lattices with ultracold atoms to study the quantum information and quantum manipulation and find new physical phenomena and techniques..We also study the magnetic order phases in the spin-orbit coupled system, such as the spiral superfluid and spiral supersolid and possible new topological structure in the 3D spinor condensates.

控制原子在光格子中的移动是实现冷原子量子调控的基本条件。由于原子不带电，不能直接施加外电场进行操作，我们提出采用交变外驱动场的方法来可控地在一维和二维光格子中移动关联的原子对。我们可以将原子对分成相干的两束，这两束构成一个量子比特，提出用这种方式来储存量子信息的可能性，并研究相关的操作手段。利用这一操控原子的机制，研究在光格子中实现冷原子量子纠缠的多种方案，包括二系统和多系统之间的量子纠缠，设计制备多原子系统的GHZ态或者W态，并试图设计一个验证贝尔定理的实验。我们的目的是尝试利用光格子中的冷原子构建研究量子信息和量子调控的新平台，从中发现新的物理效应和调控手段。.我们也研究自旋-轨道耦合系统的磁序相，比如螺旋超流体和螺旋超固体等，以及三维旋量玻色凝聚体中可能的新奇拓扑结构。

本项目主要从几个方面研究超冷原子气的量子操控以及关联性质。在量子操控方面，通过动力学方式移动光格子中的单个中性原子获得了原子纠缠态，磁性光格子链中的手性流反转效应、手性布洛赫振荡和动量空间约瑟夫森效应等。在冷原子关联性质方面，探索了磁性光格子中玻色原子的各种量子相，发现粒子型和空穴型超流态以及磁场导致的超固相等。在玻色凝聚的拓扑结构方面，研究了在不同外在条件下玻色凝聚中个形成拓扑结构及其稳定性。此外还研究了运动物体在玻色凝聚态中辐射孤子的现象。