单个中性原子的操控与精密测量

项目名称： 单个中性原子的操控与精密测量

项目编号： No.91336107

项目类型： 重大研究计划

立项/批准年度： 2014

项目学科： 数理科学和化学

项目作者： 张天才

作者单位： 山西大学

项目金额： 100万元

中文摘要： 光频区强耦合腔量子电动力学系统为操控单个中性原子,在单粒子水平上对原子进行精密测量提供了可能，包括对原子的质心位置、速度等参数的精密测量，最终实现对原子内外态的全控制（Full Control）。强耦合腔量子电动力学结合超冷原子物理、量子光学和灵敏的单光子探测技术，为实现原子的确定性控制与测量奠定了基础。本项目将研究：1）以铯原子为对象，在实验上研究单个中性原子的长时间精密控制；2）通过原子与微光学腔中光场的作用，对单个原子质心运动的轨道进行精密测量；3）利用原子与光学腔作用的透射场，研究通过量子反馈控制原子的位置；4）利用单原子与光学腔中高阶模的作用，研究原子质心运动轨道（Atom Trajectory）的精密测量。这项研究将有助于我们深刻认识光与原子相互作用的基本过程，发展单粒子水平上原子精密操控和精密测量手段，具有重要的意义。系统的纯净性也有利于与理论进行严格的比较。

中文关键词： 单原子；量子操控；腔量子电动力学；偶极阱；冷原子

英文摘要： The system of strongly coupled cavity quantum electrodynamics provides the possibility of controlling single neutral atoms and makes the precision measurement of atoms on single particle level. The precision measurement includes the position and the speed of atoms and eventually realizes the full control of atoms, including the external and internal states of the atoms. Strongly coupled cavity QED, jointly with the techniques of cold atoms, quantum optics and single photon detection, has provided the foundation of deterministic control and measurement of atoms. The main researches of this project includes: 1) The long term control and precision measurement of single neutral atoms experimentally based on Cs atoms; 2) Precision measurement of single atom trajectory by atom-cavity interaction system; 3) Feedback control of single atoms by optical dipole traps; 4) Precision measurement by high-order transverse mode. The research of this project is significant and it can help us to understand the fundamental process of light and atoms and develop the means of precision control and measurement of atoms on single particle level. The system is very clean and one can make the comparison between the experimental results and the theory.

英文关键词： single atom；quantum control；cavity QED；dipole trap；cold atoms