受限空间中光与超冷原子分子量子态的调控及其应用.doc

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1、项目名称：受限空间中光与超冷原子分子量子态的调控及其应用首席科学家：贾锁堂山西大学起止年限：2012.1 至 2016.8依托部门：山西省科技厅一、关键科学问题及研究内容拟解决的关键科学问题：超冷原子分子作为一种理想的介质已经被广泛用于物质与场的相互作用，原子/分子量子态是精密光谱、量子信息以及超高灵敏测量的重要量子资源。为实现受限空间中光场与超冷原子分子相互作用所产生的新型量子态的操控与应用， 拟解决的关键科学问题如下：1）在超冷条件下，从单原子到原子系综的量子态（包括纠缠态、相干叠加态、自旋压缩态等）制备和操控的新原理、新方法。中性原子的冷却及长时间的 有效控制；偶极阱中单粒子的高效装载以

2、及在特定环境（如微光学阱、微腔）中 单粒子的外态和内态的控制；基于冷原子系综的自旋压缩态制备和应用及量子非 破坏性测量；失谐偶极光阱，制备高密度超低温冷原子团；利用量子非破坏性测 量并实现冷原子自旋压缩态、冷原子自旋压缩、量子Fisher信息及量子关联。2）受限空间中光与原子/分子相互作用（包括强耦合）的物理实现及其新奇量子效应。微型光学阱和微光学腔的构建和控制的新方法；基于强耦合真空受激拉曼绝热输运过程的量子态的制备；耗散过程对量子态制备和操控的影响以及克 服退相干的新途径；极化费米子超流体系、玻色 -费米混合体系、组错晶格的相 互作用与玻色体系等的新奇量子态；BCS-BEC渡越的物理机制。

3、3）超冷极性分子量子气体的高效制备和分子量子态操控的新机制。超冷极性分子及相干叠加态和纠缠态的制备；利用外场有效调控极性分子之间的偶极一 偶极相互作用以及超冷极性分子与单光子的强耦合作用；实现高保真度的量子信息存储以及精密光谱测量。4）精密光谱、量子计量、量子测量（包括量子非破坏性测量等）和量子信息中的新原理和新技术。发展基于噪声微扰的新型精密光谱方法，进行原子系统中 磁场的精密测量；基于光腔和电磁诱导透明（EIT）联合作用以及冷原子系综的 自旋压缩态的制备，实现突破标准量子极限的精密测量， 提高量子计量中参数估 计的精度；进行超冷极性分子的超高分辨光谱测量，利用分子纠缠态实现量子逻 辑门；利

4、用受限空间中光与原子分子强耦合相互作用产生的新型量子态，实现原子的量子寄存、可控单光子源以及量子节点。研究内容：1）微型光阱和微光学腔中原子内外态的完全控制方法，光与原子强耦合作用下量子态的操控及克服退相干的新机制。 研究在微光学阱和微光学腔中确定数 目原子的冷却、光学俘获以及相干控制。研究光与原子强耦合相互作用的实现途 径以及该体系中量子态的制备、操控及退相干的物理机制。利用多原子与阵列腔 的强耦合，研究可抑制退相干的机制，实现多原子量子态控制的方案； 研究受限 空间中少量原子与光子相互作用中的非经典效应。2）超冷原子系综自旋压缩态和纠缠态的制备及物理机制，利用量子非破坏性测量，在偶极光阱中

5、实现高密度冷原子系综的自旋压缩态，量子态经典探测方法的噪声机制以及噪声极限研究， 原子压缩态的产生及探测。理论上研究冷原子 自旋压缩态与量子Fisher信息。研究如何给出数值上容易计算且实验上容易测量 的纠缠量度或纠缠目击者。利用量子非破坏性测量实现冷原子自旋压缩态，进一步研究量子非破坏性测量在高精度测量和冷原子光钟中的应用。3）超冷极性分子量子气体以及振转冷却的基态极性分子的制备，光晶格中 极性单分子的实现以及分子纠缠态的相干操控。 基态超冷极性分子的高效制备的 新机制，原子-分子转换的非线性系统内在的多体动力学与操控。极性分子系综的偶极一偶极相互作用以及与光场强耦合作用下产生的新奇量子态及

6、其调控。超冷里德堡分子的长程相互作用。超冷极性分子量子态与单光子量子态之间的演化 特性，实现高保真度的量子信息存储。4） 光学晶格中超冷原子分子体系的关联效应及新奇量子态的物性， 极化费 米子超流体系中FFLO态实现的理论方案。研究在相互作用玻色体系以及玻色 -费 米混合体系中新奇量子态，BCS-BEC度越的物理模型并进行非微扰的理论处理，将经典波动中的若干现象拓展到物质波领域从而实现将冷原子领域中的新奇现 象在水波实验中加以展示，基于关联效应及新奇量子态的新型精密原子光谱与量 子测量技术。5）量子态在精密光谱测量、量子计量、量子测量和量子信息中的应用。利用受限空间中光与原子分子强耦合相互作用

7、产生的新型量子态（包括光场非经典态、原子/分子相干叠加态、原子/分子纠缠态、原子系综自旋压缩态等），提高 量子计量中参数估计的精度，发展突破标准量子极限的精密测量、 基于噪声微扰 的新型精密光谱以及分子超高分辨光谱的新原理、新技术，制备新型量子信息器 件，如量子寄存器、可控单光子源、分子量子逻辑门等。二、预期目标1总体目标：针对国内外原子分子物理及量子光学迅速发展的趋势，根据国家重大科学研究计划-量子调控”的指南方向一受限空间中光与超冷原子（离子）、分子耦合 量子态的制备、测量及调控”的核心内容，本项目汇集我国原子分子物理和量子 光学研究方面的优势力量，面向国家中长期科学发展的战略目标， 在已

8、有的若干 超冷原子分子实验平台的基础上，通过对受限空间中光与原子分子相互作用系统 的研究，发展新的量子调控手段和测量技术，在光与原子/分子系统量子态的操控与应用方面取得重大突破，提高我国在冷原子分子研究方面的整体水平，促进 其与量子光学的进一步融合，获取量子态操控和应用的核心技术， 为解决我国在 量子信息关键器件、精密光谱以及超高灵敏测量中的重大需求奠定科学基础并提 供技术储备。通过项目的执行，形成一支具有开拓创新精神和国际竞争力的高水平研究队 伍，建立在学术上具有重要国际影响的科研基地， 提升我国在原子分子前沿研究 领域的水平。预计发表高水平论文100篇以上，申请获得国家发明专利10项以上，

9、 培养30名以上优秀人才，并组织若干次高水平的学术会议。2.五年预期目标：1）改造与升级现有的实验研究平台，掌握在受限空间中制备超冷原子分子量 子态的核心技术和方法。2）掌握基于激光冷却与俘获的单原子制备及高灵敏检测技术，实现光与单个 原子的强耦合（临界光子数达到 0.1以下），实现单原子外态及内态的完全 控制以及原子相干叠加态的高效率高保真制备。3）采用双光子受激Raman绝热操控方案实现单原子的可控 Rabi振荡，实现原子-光子的量子纠缠，利用原子与单个腔场或耦合阵列微腔的强耦合，提出有效克服消相干的新方案，利用原子的相干叠加态完成量子可控门。4） 制备超冷极性分子量子气体，通过调控分子间

10、偶极一偶极相互作用，实现 退相干时间长的可控多通道量子信息存储和提取。5）在光晶格中制备超冷极性单分子和分子纠缠态，实现微波光子与单极性分 子的强耦合，测量转动态的超精细结构光谱，利用分子纠缠态实现量子逻 辑门和量子计算。6）理论上在相互作用的玻色-费密混合系统、转动的旋量玻色子超流态以及玻 色-费米混合系统中，实现若干新奇量子态。7）建立超冷费米原子凝聚体在Feshbach共振区的物理模型，解释强相互作用 体系的相图和贋能隙特性，发展处理超冷原子多体问题的新途径。8） 实现超冷原子量子态突破标准量子极限的非破坏性测量。利用量子非破坏 性测量以及光腔和EIT联合作用实现冷原子自旋压缩态。9）

11、理论上给出高自旋真正多体纠缠，关联和自旋压缩的定量关系，以及实验上 容易测量的且基于自旋不等式的纠缠量度或纠缠目击者。10） 预计发表高水平论文100篇以上，申请获得国家发明专利10项以上，培养 30名以上优秀人才。三、研究方案（一）学术思路、技术途径学术思路：以受限空间中光与超冷原子分子相互作用为核心，利用已建立 的实验平台和取得的进展，理论与实验相结合，实现光场与超冷原子分子的相互 作用，以高保真、相干性良好的量子态的制备和应用为目标， 实现从单原子分子 到原子分子系综外部和内部状态的操控，获得光场非经典态、原子/分子相干叠加态、纠缠态、原子系综自旋压缩态等多种量子态， 把量子态应用到精密

12、光谱测 量、量子计量、量子测量和量子信息中，使现有冷原子分子的量子调控和应用提 高到一个全新的水平。技术途径：在微光学阱、微光学腔、光学晶格、电势阱等受限空间中，通过对光与超 冷原子分子相互作用系统的调控， 制备多种量子态，并实现其应用。具体技术路 线如下：1）基于微型光学阱系统的技术路线：1.1）在已建立冷原子磁光阱系统的基础上，通过分析影响原子装载率的物 理机制，将磁光阱的参数拓展到特殊条件下， 以显著降低原子的装载率，达到制 备单原子的目的；1.2）分析影响单原子荧光信号信噪比的物理因素，优化实验参数，设计高 效的单原子荧光收集系统，掌握单原子探测和识别技术；1.3）采用远失谐波长的高斯

13、激光束构建微型偶极阱，实现对单原子俘获， 显著减弱由于自发辐射导致的退相干；1.4）采用超精细态和Zeeman态光抽运，实现初态制备，采用态选择荧光探 测识别单原子量子态，借助于双光子Raman绝热输运方案研究单原子可控Rab振 荡。2）基于微光学腔的技术路线:2.1）以现有的铯原子磁光阱为研究对象， 采用蓝光诱导的原子解吸附技术， 实现磁光阱中原子数目和装载的有效控制；2.2） 采用两套方案实现原子的输运以及单原子的控制：（1）利用双色远失 谐光学阱（FORT构建原子传送带，通过控制FOR光的频率实现对单个原子的 输运。（2）直接在腔内构建微光学阱俘获单个原子；2.3）微光学腔方面，利用“超

14、镜”（super-mirror）组成长短不同的微光学 腔，在保证耦合强度能够达到强耦合的条件下，尽可能增大腔的长度；2.4）腔的控制方面将采用PDH方法，实现不同光场在腔内的共振或者特定 失谐；2.5）原子内态的制备方面，利用真空STIRA过程实现原子态的制备，Raman 过程能有效避开原子激发态的参与从而可以获得较长的相干时间， 为光子和原子 量子态的制备、转移、映射以及后续测量等奠定基础；2.6）强耦合以及量子态的测量采用单光子探测器测量微光学腔泄漏的光子 完成，主要采用单光子探测和多光子关联测量等手段。3）基于超冷极性分子系统的技术路线：3.1）用光缔合和Raman共振转移的方法，制备振

15、转量子数为零，温度100 yk 左右的基态冷极性分子；3.2）使用大失谐的光学阱囚禁超冷分子， 然后使用光学蒸发冷却，制备1yk 左右的极性分子量子气体。在此基础上使用光格子，制备单极性分子量子叠加态 与分子纠缠态；3.3）通过外电场对极性分子量子态进行调控，实现单光子量子态的信息存储和提取，通过外场操控分子纠缠态，获得分子量子逻辑门；3.4）利用双光子激发获得nl里德堡原子，由基态原子和里德堡原子在一定 对称性势阱中形成里德堡分子；3.5） 利用外加电场调控里德堡原子间的偶极相互作用，研究偶极阻塞效应， 通过里德堡原子分子的阻塞效应实现可控量子逻辑门。4）基于冷原子系综的技术路线：4.1）在

16、现有的铷冷原子平台基础上，实现铷原子在远失谐光学偶极阱中的 囚禁；4.2）通过各种降噪措施，例如对超冷原子装臵采取特殊隔振，对真空系统应用高效磁屏蔽，研制低噪声激光器，抑制环境噪声等方法，实现冷原子态的标准量子极限探测；4.3）通过远失谐激光和冷原子系综相互作用和光学干涉鉴相手段，探测冷 原子系综，实现突破量子极限的非破坏性测量；4.4） 通过量子态的非破坏性测量方法或者基于光腔和EIT联合作用实现自 旋压缩态制备；4.5）在理论上，采用量子控制技术（如量子淬火等）进行长时间的保持量子态的自旋压缩特性的研究；利用合适的纠缠度量，进行高自旋中压缩和纠缠的 定量关系的研究。5）研究关联效应及新奇量

17、子态的技术路线：集成运用多种理论与数值方法开展研究并提供经典波动体系的演示。理论上采用自洽平均场方法、Ginzburg-Laudai方法和新型Duality场论方法，数值上采用 严格对角化、Bethe Ansatz、泛函积分方法、量子蒙特卡洛、有限时域差分方法 以及有限元法等多种成熟方法深入进行研究。（二）本项目的创新点与特色1）自行设计并建立具有特色的强耦合 C-QE系统，利用耦合阵列微腔的真空 场诱导不同腔中原子间的关联有效克服退相干， 实现空间分离的多原子之间的纠 缠的突破。2）利用量子非破坏性测量新技术获得自旋压缩态，使冷原子系综的量子涨 落超越经典量子极限。将冷原子自旋纠缠态应用到量

18、子计量方面取得重要突破。3）通过外场调控光学晶格中极性分子间的偶极-偶极相互作用，实现超冷分 子纠缠态的量子操控和量子逻辑门，在实现单光子态在超冷极性分子量子气体中 的信息存储方面取得突破。4）集成运用包括新型对偶场论方法等多种解析与数值方法，与实验有机结 合，为获得多种新奇量子态提供重要的理论依据。（三）可行性分析本项目的研究方案是在充分调研国内外的研究进展的基础上提出的。项目将利用已有的实验平台和研究基础开展受限空间中光与超冷原子分子的相互作用 的研究，制备和操控多种新型量子态，并把这些量子态应用于精密光谱测量、 量 子计量、量子测量和量子信息等方面。本项目各个课题组在超冷原子分子物理和量

19、子光学等研究方面都取得了突出的成绩，具备了扎实的研究基础，都曾主持和参与了前期 量子调控”的重大科 学研究计划项目、国家杰出青年基金项目以及国家基金重点项目， 形成了一支高 水平的研究队伍，具备承担和完成国家重大任务的水平和能力。综上分析，本项目方案切实可行、目标明确、技术路线清楚，队伍实力雄厚， 完全可以实现预定目标。（四）课题设臵课题1单原子与光场强耦合系统中量子态的制备和操控研究目标：1）掌握基于激光冷却与俘获原子获得单原子制备及高灵敏检测技术，实现光与单个原子的强耦合（临界光子数达到 0.1以下）；在此基础上实 现单原子外态及内态的完全控制以及原子相干叠加态的高效率、高保真制备；2）采

20、用双光子受激Raman绝热操控方案实现单原子的可控 Rabi振荡； 建立远离共振的光学偶极阱，实现单原子的确定性控制和输运；实现 原子-光子的量子纠缠；利用原子与单个腔场或耦合阵列微腔的强耦合，提出有效克服退相干的新方案。研究内容：1）基于激光冷却与俘获研究在微型光阱和微光学腔中少数及单原子的长时 间控制、高灵敏检测；2）确定性单原子输运以及微光学腔少数原子和单原子的 冷却与空间位臵的控制；3）研究实现强耦合以及可控耦合强度的新途径；4）基于STIRA等过程实现原子相干叠加态的制备，相干操控和非经典态的产生；5）原子-腔纠缠、原子-原子纠缠的产生以及量子态的映射，原子之间纠缠的演化以 及退相干

21、的影响；6）利用多原子与耦合阵列微腔的强耦合， 通过选择合适的失 谐、耦合强度及原子能级结构，提出可抑制退相干的有效方案，以实现处于不同 腔中原子之间的量子态操控方案；7）探讨原子自发辐射及光子泄漏的连续探测 对原子与耦合阵列微腔系统量子态演化的影响及对退相干的抑制，优化参数及能级结构，减少耗散导致的退相干效应。经费比例：24%承担单位：山西大学、福州大学课题负责人：张天才 教授（山西大学）学术骨干：王军民 教授（山西大学），郑仕标 教授（福州大学），李刚 副教授 （山西大学）课题2名称：基于冷原子的自旋压缩态产生和应用及量子非破坏性测量研究目标：1）实现超冷原子量子态突破标准量子极限的非破坏

22、性测量，利用量子非 破坏性测量或者光腔和EIT联合作用实现冷原子自旋压缩态。2）研究高自旋真正多体纠缠、关联和自旋压缩的定量关系，以及实验上 容易测量的且基于自旋不等式的纠缠量度或纠缠目击者。研究内容：1）为获得冷原子自旋压缩态，将磁光阱中束缚的原子冷却到亚多普勒温度； 通过远失谐偶极光阱，获得高密度的冷原子系综；研究在远失谐偶极光阱中原子 数目，原子密度、囚禁时间，原子温度和各种物理参数的关系。2）研究冷原子和远 失谐激光的相互作用机制，通过观测原子系综对远失谐激光的相移改变实现原 子布居数的非破坏性探测，研究实验中各种噪声机理，实现突破标准量子极限的探 测。3）理论上研究冷原子自旋压缩态、

23、量子Fisher信息和量子关联的关系问题。 冷原子系统是一个多体自旋系统。 量化研究高自旋真正多体纠缠和关联。 研究如 何给出数值上容易计算且实验上容易测量的纠缠量度或纠缠目击者。4）利用量 子非破坏性测量实现冷原子自旋压缩态， 进一步研究量子非破坏性测量在咼精度 测量和量子计量中的及其在冷原子光钟中的应用。经费比例：24%承担单位：浙江大学，华中师范大学 课题负责人：王晓光（浙江大学） 学术骨干：陆璇辉教授（浙江大学），李高翔教授（华中师范大学），王立刚副 教授（浙江大学），黄凯凯讲师（浙江大学）课题3:超冷极性分子的量子操控及应用预期目标：1）基于超冷异核极性分子及里德堡分子制备分子纠缠态

24、，实现量子逻辑 门。制备超冷极性单分子，实现微波光子与单极性分子的强耦合，制备 超冷极性分子的相干叠加态和纠缠态。2）利用电势场调控分子间偶极 一偶极相互作用，增强非经典光场与超冷极 性分子系综的强耦合相互作用，获得超高分辨的分子精密光谱，实现退 相干时间长的可控多通道量子信息存储。研究内容：1）通过Feshbach共振增强光缔合技术与受控 Raman光缔合技术制备基态 超冷极性RbCs分子；宽带飞秒激光光学泵浦产生基态分子的量子气体。利用飞 秒光梳测量超冷极性分子的高分辨光谱。2）由低角动量里德堡原子和基态原子 形成制备超冷极性长程里德堡分子，研究里德堡分子的长程势能和相互作用的动 力学特性

25、。3）研究超冷极性分子在外场作用和不同取向排列下的非线性效应。 在参数空间里通过绝热演化构造可控的人造规范矢场，实现极性分子高效率转换 并探索新的物理过程或现象。4）通过精确控制超冷极性分子的内态（电子态、 振动态、转动态及核自旋等），研究分子间的散射和碰撞，提高非经典光场与超 冷极性分子系综的强耦合相互作用。5）研究三体相互作用的极性分子在量子化 光格子中的基态能量与量子相变；分析不同相中三体相互作用对光格子中极性分子输运的影响；进而构造分子芯片等相应的量子器件。6）在绝热条件下利用外电场操控极性分子系综，分析偶极-偶极相互作用对基态波函数的影响，研究一 级陈数与极性分子布居数的内在联系并用

26、于实现高保真度的量子信息存储。7）制备超冷极性分子的相干叠加态和纠缠态，通过单光子与超冷极性分子的强耦合 实现量子态的转换与信息存储，实现高保真度的量子信息处理。经费比例：28%承担单位：山西大学，北京计算科学中心课题负责人：贾锁堂（山西大学，推荐的项目首席科学家）学术骨干：肖连团教授（山西大学），赵建明副教授（山西大学），赵延霆副教 授（山西大学），陈刚副教授（山西大学），朱诗尧教授（北京计算科学中心）课题4 :光晶格中超冷原子分子体系的关联效应及新奇量子态研究研究目标：1）理论上在相互作用的玻色-费密混合系统、转动的旋量玻色子超流态 以及玻色-费米混合系统中，实现若干新奇量子态。2）建立超

27、冷费米原子凝聚体在Feshbach共振区的物理模型，解释强相 互作用体系的相图和贋能隙特性，发展处理超冷原子多体问题的新途 径。研究内容：1）费密子超流体系中存在稳定FFLO态的可能性,分析该体系中的涡旋状态， 设计实验方案用以验证理论预言。 研究玻色-费密混合系统中考虑玻色-玻色，费密 -费密以及玻色-费密互作用所可能产生的新奇量子态。研究旋量玻色及玻色-费密 混合系统中存在稳定半量子磁通涡旋的可能性及实现拓扑量子计算的方案。2）发展新理论及方法（如三维超流相的严格解模型），研究BCS-BEC度越的微观 理论（特别是揭示贋能隙的物理本质）。采用推广的Ginzberg-Landau方程探讨超

28、流相的涡旋格子周期解和阻尼的物理根源。探索有限体量子统计理论。3）实现物质波的隐身现象以及超强透射现象的实验方案。理论探讨物质波单向传输以及物质波远程隐身的实现途径。实验展示在水波等经典波中类EIT现象。4）研究精密光谱方法的理论和在 EIT体系的初步实现，并将该方法推广至一般 性系统。研究矢量磁场和交变磁场实现的方法和技术。经费比例：24%承担单位：复旦大学，华中师范大学课题负责人： 陈焱教授（复旦大学）学术骨干： 马永利教授（复旦大学）、胡新华研究员（复旦大学）、肖艳红研 究员（复旦大学），胡响明教授（华中师范大学）（五）课题设臵与课题间关系项目根据拟解决的关键科学问题、主要研究内容和研究

29、目标，设臵四个课题：1）单原子与光场强耦合系统中量子态的制备和操控；2）基于冷原子的自旋压缩态产生和应用及量子非破坏性测量；3）超冷极性分子的量子操控及应用； 4）超 冷原子分子体系中的关联效应及新奇量子态研究。四个课题围绕共同目标，采用不同的技术路线和各自的侧重面开展研究。 各 课题具有密切联系，形成了相互促进和相互依赖的关系， 可以用下面的结构图表 示。所有课题都围绕实现量子态的制备和应用的总体目标，采用不同但相互联 系的方案开展研究工作。课题1完成微光学阱和微光学腔中单原子的控制，实现 强耦合和量子态的制备和应用；课题2研究冷原子系综产生自旋压缩态，并应用 到量子测量和量子计量学中；课题

30、3研究受限空间中超冷极性分子的制备，分子 纠缠态的产生和操控，并应用到量子信息和精密光谱测量中；课题4研究光晶格中超冷原子分子体系的关联效应及新奇量子态。课题1中（单原子操控）和课题2中（冷原子系综操控）为课题3中的超冷 分子制备提供基础；课题1中的光学阱和光学腔为课题 2和3中原子分子在受限 空间中的强耦合提供技术支持。课题2为课题1和课题3中的测量提供新的测量 方法。课题4为课题1, 2, 3提供各方面的理论支持。所有课题各具特色，服务 于整体目标，形成相互支持的有机整体，最终实现基于光与超冷原子分子量子态 的制备和应用，完成五年的既定任务和预期目标。四、年度计划研究内容预期目标1.研究在

31、微光学阱和微光学腔中确1.改造与升级现有的实验研究平定数目原子的冷却、光学俘获以及确台，完成单个原子与腔的强耦合，定性相干控制。临界光子数达到0.1以下；实现超2.超冷极性分子的振转冷却以及基冷极性RbCs分子的有效振转冷却，第态极性分子的制备，原子-分子转换超冷极性分子温度低于100卩匕寿命的非线性系统的多体动力学与操控。达到1秒。3.理论研究准一维超冷费米原子系2.发展新的精确、咼效的理论和方年统在BCS-BEC度越区的基态和激发法，获得低维强相互作用体系的严态的基本性质。在二维光晶格中费米格解，以及BCS-BEC渡越区涡旋格子配对形成的奇异超流态FFLO态。子与相互作用强度的关系。4.研

32、究制备超冷原子系综自旋压缩3.建立涡旋格子理论，提出产生和态的物理机制。存储量子自旋压缩的优化方案。1.研究光学偶极阱中单原子系统1.完成受激拉曼绝热输运过程操的相干操控的物理实现与关键技术。控原子内态；完成微型光学偶极阱提出基于非幺正动力学及绝热演化中单原子内态的初始化、相干叠加第的原子纠缠态制备方案。态的制备及探测。2.研究提高超冷极性分子产率的2.密集基态超冷极性RbCs分子产二新方法；由低角动量nl (1<2)里德率达到107/cm3,实验获得长程超冷堡原子和基态原子形成超冷极性长极性里德堡分子，分子光谱分辨率程里德堡分子；利用飞秒光梳测量超达到kHz量级。年冷极性分子的高分辨光

33、谱。3.理论上获得新的突破超海森堡3.理论上研究非线性哈密顿系统极限的量子多原子态。掌握 FFLO态中量子Fisher信息的特性。分析光涡旋状态的特性及玻色子体系所具学晶格中FFLO态的新奇涡旋状态。有的奇异量子态。研究内容预期目标1.研究原子内态确定性操控技术；1.对原子的位臵的控制和测量扩研究光学偶极阱中单原子系统的退展到2-3维空间，精度100纳米，相十物理机制；研究多原子与耦合阵原子的腔内驻留时间达到ms量级；第列微腔及经典场的强耦合。单个原子的输运达到5mm实现超冷2.在光格子中控制超冷极性分子原子量子态的非破坏性实验探测。的内态，研究分子间的散射和碰撞，2.制备1 yk左右的极性分

34、子量子三提咼光场与超冷极性分子系综的强气体，实现微波光子与极性分子的耦合相互作用。强耦合，制备超冷极性分子的相干3.理论研究在囚禁势所限制的玻叠加态和纠缠态。年色-费密混合系统在二维光晶格中考3.理论上在相互作用的玻色-费密虑玻色-玻色、费密-费密以及玻色-混合系统、转动的旋量玻色子超流卡口Z/H RO "TiVt A|- ifrAt 家匚曰.z*态以及玻色-费米混合系统中，实现六 曰.p若干新可量子态。费密相互作用产生的新可里子态。1.研究原子-光子纠缠的制备和测1.实现单原子-腔耦合强度的可控量；多腔系统之间的量子信息传递和调节，原子-光子（或腔）的纠缠超关联。越经典极限。演示利

35、用原子的相干2.利用量子非破坏性测量及光腔叠加态完成量子可控门。第和EIT联合作用实现冷原子自旋压2.实现超冷原子量子态突破标准缩态。量子极限的非破坏性测量。实现冷3.研究超冷极性分子在外场作用原子自旋压缩态，测量精度VW'N。四和不同取向排列下的非线性效应。分3.调控分子间偶极一偶极相互作析偶极一偶极相互作用对基态波函用，实现退相干时间长的可控多通数的影响。道量子信息存储和提取。年4.理论研究三维超冷费密原子凝4.分析强相互作用下超冷费米原聚体在BCS-BE（渡越区的物理性质，子系统的物理性质，揭示贋能隙的研究转动的旋量费密子超流态以及物理本质。在光晶格中超冷原子分玻色-费密混合系统

36、中的半量子磁通子体系中实现半量子磁 通涡旋,及涡旋。实现拓扑量子计算的方案。研究内容预期目标1.研究空间上相隔遥远的分离原1.利用原子-光子纠缠、高质量单子之间的量子纠缠和非定域性，探索光子辐射等量子态演示量子信息在利用量子态演示量子信息传递以及原子-光子之间或者原子-原子的可实现精密测量的方法。逆映射。2.研究基于自旋压缩不等式的纠2.研究量子非破坏性测量在咼精第缠目击者，以对量子态进行纠缠和压度测量中的应用，发展基于原子系缩分析。统的矢量磁场和父变磁场的新型测3.超冷里德堡分子的长程相互作量技术，实现3dB以上的原子自旋五用。极性分子系综的偶极一偶极相互态压缩。作用以及与光场强耦合作用下产生3.给出咼自旋真正多体纠缠，关联年的新奇量子态及其调控。和自旋压缩的定量关系，以及基于4.利用量子场论中的非微扰方法自旋不等式的纠缠量度或纠缠目击和统计物理严格可解模型理论，分析者。揭示出由于囚禁势和光晶格导致在4.在光晶格中制备分子纠缠态，实超冷原子分子中各种竞争序的相互/七 / - T/L立匚A/-t 曰亠hr现微波光子与单极性分子的强耦 合，利用分子纠缠态实现量子逻辑 门和量子计算。作用，丿生若干新奇的量子态。