光晶格中超冷原子自旋量子糾纏的實(shí)驗(yàn)研究.pdf

1、本論文旨在研究光學(xué)晶格中超冷原子間的自旋量子糾纏行為。多粒子量子糾纏是進(jìn)行量子計(jì)算的關(guān)鍵資源，近年來(lái)發(fā)展起來(lái)的光學(xué)晶格技術(shù)為操控大量超冷原子量子比特進(jìn)行信息處理帶來(lái)了機(jī)遇，
　　處在Mott絕緣態(tài)的超冷原子為可擴(kuò)展的多體糾纏態(tài)的制備和量子計(jì)算提供了研究平臺(tái)。在實(shí)驗(yàn)中通過(guò)把玻色愛(ài)因斯坦凝聚態(tài)的銣87原子裝載到二維的光學(xué)超晶格中，原位觀測(cè)了Mott絕緣態(tài)的特征，調(diào)控了自旋交換過(guò)程并制備了兩原子的自旋糾纏態(tài)。
　　玻色愛(ài)因斯坦凝聚

2、態(tài)相變的實(shí)現(xiàn)使得人們進(jìn)入了量子氣體的研究范疇，銣87原子首先被磁光阱制冷和收集，經(jīng)過(guò)強(qiáng)磁場(chǎng)的束縛傳輸?shù)匠哒婵盏那惑w內(nèi)，隨后進(jìn)行了磁阱中的射頻蒸發(fā)冷卻和光偶極阱中的蒸發(fā)冷卻，最終實(shí)現(xiàn)了原子數(shù)為2×105的幾乎純凈的玻色愛(ài)因斯坦凝聚態(tài)。
　　Bose-Hubbard模型中的超流和Mott絕緣相，能夠通過(guò)光晶格中的超冷原子實(shí)現(xiàn)。首先將玻色愛(ài)因斯坦凝聚態(tài)的原子裝載到單層的光晶格阱中，在此二維體系進(jìn)入了BKT相變。緩慢的升高另外兩個(gè)維度上

3、的光晶格，二維量子氣體發(fā)生了從超流態(tài)到Mott絕緣態(tài)的量子相變，通過(guò)時(shí)間飛行測(cè)量評(píng)估了兩個(gè)相的相干性差異，結(jié)合原位成像的方法和原子兩體碰撞技術(shù)，原位觀測(cè)并計(jì)算了原子的占據(jù)數(shù)分布，得到Mott絕緣態(tài)的溫度為0.2U/kB左右。
　　在此基礎(chǔ)上，用超晶格將原子隔離成一系列的雙阱系統(tǒng)，此系統(tǒng)是Bose-Hubbard模型的最小單元。實(shí)驗(yàn)上實(shí)現(xiàn)了格點(diǎn)區(qū)分的量子自旋態(tài)的制備，通過(guò)調(diào)控超晶格的相位與阱深，觀測(cè)了單原子量子隧穿和雙原子自旋交換過(guò)