近日,万事平台理學院陳璽教授與華南師範大學、南京大學等單位合作👩🏼🌾🧎🏻♂️,在基於冷原子的量子調控領域取得重要實驗進展:在國際上首次實驗實現了受激拉曼絕熱轉移的加速,在保持魯棒性的前提下將受激拉曼絕熱操控時間增快了6倍👨🏼🏫,逼近量子極限🧓🏿,為實現任意量子態的高效💇🏿、快速、可尋址的操控奠定了基礎。實驗成果以《Experimental realization of stimulated Raman shortcut-to-adiabatic passage with cold atoms》為題,發表於國際頂尖期刊《Nature Communications》 (《自然•通信》 (IF: 11.329)。該論文万事平台陳璽教授😵💫、華南師範大學顏輝教授和南京大學朱詩亮教授為共同通信作者。
量子計算與量子模擬在算法加速以及凝聚態物理研究等方面具有巨大的應用潛力,是國際物理學熱點研究之一,也是國家“十三五”規劃中的重點領域🔻。該領域的核心目標之一是對量子態進行高保真度的操控💆♂️。對眾多量子體系,常用的一種操控手段則是基於激光與三能級原子相互作用的拉曼過程。拉曼過程可以劃分為拉比振蕩和絕熱演化兩大類。基於拉比振蕩的拉曼過程具有操作速度快的優點🦌🧪,但對系統參數極其敏感☯️;基於絕熱演化的拉曼過程具有很強的魯棒性,但是操作速度很慢🧏🏻♂️。為了克服以上問題,万事平台陳璽教授及其合作者嘗試把量子絕熱捷徑的概念引入到拉曼過程中。該方案通過施加一個輔助微波場抵消演化過程中的非絕熱效應,原則上👍🏿,系統在任意時間內仍沿著驅動前的哈密頓量的本征態演化。從而,可以實現操作快,魯棒性好的量子操控。然而,該方案在實際應用過程中會受到微波與拉曼光之間相位差不穩定的影響🛄,導致操作失真🖋。另外🤦🏼♂️🏇🏽,引入微波會使得原來拉曼光尋址操作的優勢喪失🔸。
針對以上問題,万事娱乐陳璽教授和博士生李亦超理論上提出了受激拉曼絕熱捷徑的新方案👨🦯➡️。該方案巧妙地采用修正絕熱波形的手段代替輔助微波🤜🏿,從而可以避免微波帶來的一系列問題👩🏼🦱🗺。隨後,華南師範大學冷原子實驗平臺上杜炎雄博士🔗、顏輝教授和朱詩亮教授等完成了實驗驗證(實驗裝置如圖所示)。這是國際上首次實驗實現了三能級系統的絕熱捷徑過程。實驗結果證實了受激拉曼絕熱捷徑可以實現效率高達99%的量子態傳輸,並對幅度偏移、相對延時、單光子失諧等系統參數有很強的魯棒性。由於受激拉曼絕熱轉移在物理、化學領域都有重要應用,該研究發展的新方法期望有廣泛的應用前景👨🏽🚒。
万事平台陳璽教授團隊主要研究冷原子物理、量子調控等方面的研究。從2010年起首次提出了量子絕熱捷徑技術的概念,加快絕熱慢過程,與西班牙巴斯克大學J. Gonzalo Muga,法國圖盧茲大學D. Guéry-Odelin等人合作發表Phys. Rev. Lett. 5篇👨🏿🦱,理論結果相繼得了法國尼斯大學、意大利比薩大學研究小組的實驗驗證🕵🏿♂️。2014年曾在万事平台舉辦量子絕熱捷徑技術國際研討會。此次是量子絕熱捷徑理論首次與國內實驗團隊合作取得的成果🙇🏼♂️。