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華中科技大學(xué)在量子調(diào)控與精密測量領(lǐng)域取得進(jìn)展

發(fā)布:cyqdesign 2024-02-21 21:44 閱讀:626

華中科技大學(xué)量子科學(xué)與工程研究院、物理學(xué)院HUST-UULM中德量子傳感與量子測量國際聯(lián)合實(shí)驗(yàn)室蔡建明教授團(tuán)隊(duì)以“Engineering artificial atomic systems of giant electric dipole moment”為題在《物理評論快報(bào)》(Physical Review Letters)發(fā)表最新進(jìn)展,基于束縛電子提出了一種新型的人工原子系統(tǒng),其巨大的電偶極矩可以超越自然界穩(wěn)定存在的天然原子,顯著增強(qiáng)系統(tǒng)與微弱信號的耦合強(qiáng)度,為其量子相干調(diào)控以及微弱信號的精密測量提供明顯的優(yōu)勢。物理學(xué)院博士生余柏奕為論文第一作者,其他作者包括物理學(xué)院儲耀明博士、Ralf Betzholz博士、張少良教授、蔡建明教授。

量子技術(shù)的核心物理基礎(chǔ)是構(gòu)建高度可控的量子系統(tǒng)。目前,瞄準(zhǔn)量子技術(shù)物理實(shí)現(xiàn)的量子系統(tǒng)主要包括超導(dǎo)量子系統(tǒng)、冷原子系統(tǒng)、光學(xué)系統(tǒng)、離子阱系統(tǒng)、量子點(diǎn)系統(tǒng)、固態(tài)自旋系統(tǒng)等。不同類型的量子系統(tǒng)具有各自獨(dú)特的優(yōu)勢,同時(shí)也面臨著相應(yīng)的挑戰(zhàn)。因此,設(shè)計(jì)新的面向量子技術(shù)需求的可控量子系統(tǒng),具有重要的科學(xué)意義?煽氐男滦腿斯ぴ酉到y(tǒng)將拓寬人們對物理世界在量子層面的掌控能力。通過人為的設(shè)計(jì)與調(diào)控,我們有可能在自然界原子難以達(dá)到的參數(shù)區(qū)域?qū)崿F(xiàn)量子疊加、量子糾纏等量子效應(yīng),擴(kuò)展量子技術(shù)的實(shí)現(xiàn)手段。針對量子技術(shù)對人工原子系統(tǒng)的需求,蔡建明教授團(tuán)隊(duì)經(jīng)過長期研究提出了一個(gè)大膽的思路:基于電場束縛單電子(Paul阱),其囚禁時(shí)間可以一定程度上媲美Paul阱中離子的囚禁時(shí)間,并且,通過巧妙設(shè)計(jì)束縛電子的電勢場,束縛電子的高激發(fā)量子態(tài)將具有超越天然原子的電偶極矩并保持穩(wěn)定。需要指出的是,電偶極矩的大小決定了其與電場相互作用的強(qiáng)度以及電偶極-偶極互作用的強(qiáng)弱。

然而,要想在束縛單電子附近無正電核心(即天然原子中的原子核)的情況下得到一個(gè)類似于天然原子中的電勢場,即便是在原理上也存在巨大挑戰(zhàn)。為了解決這一難題,蔡建明教授團(tuán)隊(duì)提出通過引入形如z的三次方和z的四次方的軸向非簡諧電勢場,束縛電子的高激發(fā)量子態(tài)(能級間距為MHz)在被穩(wěn)定束縛的同時(shí),其電偶極矩可以比天然原子的穩(wěn)定激發(fā)態(tài)提升數(shù)十倍。進(jìn)一步地,團(tuán)隊(duì)從實(shí)驗(yàn)角度系統(tǒng)地提供了對這些穩(wěn)定的高激發(fā)量子態(tài)進(jìn)行初始化、相干操控以及觀測的具體方法,充分展示了該系統(tǒng)的巨大潛力。未來,團(tuán)隊(duì)將進(jìn)一步探索這一新型物理體系,實(shí)現(xiàn)類似于天然原子的電偶極-偶極互作用,構(gòu)建基于束縛帶電粒子的可擴(kuò)展量子系統(tǒng),為這一全新系統(tǒng)應(yīng)用于量子精密測量等量子技術(shù)進(jìn)一步賦能。

論文鏈接:https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.132.073202

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最新評論

lijinxia 2024-02-22 15:24
華中科技大學(xué)量子科學(xué)與工程研究院、物理學(xué)院HUST-UULM中德量子傳感與量子測量國際聯(lián)合實(shí)驗(yàn)室蔡建明教授團(tuán)隊(duì)以“Engineering artificial atomic systems of giant electric dipole moment”為題在《物理評論快報(bào)》(Physical Review Letters)發(fā)表最新進(jìn)展,基于束縛電子提出了一種新型的人工原子系統(tǒng),其巨大的電偶極矩可以超越自然界穩(wěn)定存在的天然原子,顯著增強(qiáng)系統(tǒng)與微弱信號的耦合強(qiáng)度,為其量子相干調(diào)控以及微弱信號的精密測量提供明顯的優(yōu)勢。
cufgr 2024-02-22 15:58
團(tuán)隊(duì)將進(jìn)一步探索這一新型物理體系,實(shí)現(xiàn)類似于天然原子的電偶極-偶極互作用,構(gòu)建基于束縛帶電粒子的可擴(kuò)展量子系統(tǒng),為這一全新系統(tǒng)應(yīng)用于量子精密測量等量子技術(shù)進(jìn)一步賦能
是非如也 2024-02-22 18:10
華科厲害了
chenming95 2024-02-22 18:46
華中科技大學(xué)在量子調(diào)控與精密測量領(lǐng)域取得進(jìn)展
3330634618 2024-02-22 19:09
華中科技大學(xué)量子科學(xué)與工程研究院、物理學(xué)院HUST-UULM中德量子傳感與量子測量國際聯(lián)合實(shí)驗(yàn)室蔡建明教授團(tuán)隊(duì)以
jeremiahchou 2024-02-22 19:18
量子技術(shù)的核心物理基礎(chǔ)是構(gòu)建高度可控的量子系統(tǒng)。目前,瞄準(zhǔn)量子技術(shù)物理實(shí)現(xiàn)的量子系統(tǒng)主要包括超導(dǎo)量子系統(tǒng)、冷原子系統(tǒng)、光學(xué)系統(tǒng)、離子阱系統(tǒng)、量子點(diǎn)系統(tǒng)、固態(tài)自旋系統(tǒng)等。不同類型的量子系統(tǒng)具有各自獨(dú)特的優(yōu)勢,同時(shí)也面臨著相應(yīng)的挑戰(zhàn)。因此,設(shè)計(jì)新的面向量子技術(shù)需求的可控量子系統(tǒng),具有重要的科學(xué)意義。可控的新型人工原子系統(tǒng)將拓寬人們對物理世界在量子層面的掌控能力。通過人為的設(shè)計(jì)與調(diào)控,我們有可能在自然界原子難以達(dá)到的參數(shù)區(qū)域?qū)崿F(xiàn)量子疊加、量子糾纏等量子效應(yīng),擴(kuò)展量子技術(shù)的實(shí)現(xiàn)手段。針對量子技術(shù)對人工原子系統(tǒng)的需求,蔡建明教授團(tuán)隊(duì)經(jīng)過長期研究提出了一個(gè)大膽的思路:基于電場束縛單電子(Paul阱),其囚禁時(shí)間可以一定程度上媲美Paul阱中離子的囚禁時(shí)間,并且,通過巧妙設(shè)計(jì)束縛電子的電勢場,束縛電子的高激發(fā)量子態(tài)將具有超越天然原子的電偶極矩并保持穩(wěn)定。需要指出的是,電偶極矩的大小決定了其與電場相互作用的強(qiáng)度以及電偶極-偶極互作用的強(qiáng)弱。
wangjin001x 2024-02-22 19:57
華中科技大學(xué)在量子調(diào)控與精密測量領(lǐng)域取得進(jìn)展
sac 2024-02-22 21:37
量子調(diào)控
fxi1027 2024-02-22 22:12
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