山西大學(xué)科研團(tuán)隊(duì)在單原子量子調(diào)控方面取得重要進(jìn)展

近日，山西大學(xué)量子光學(xué)與光量子器件國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室張?zhí)觳拧⒗顒偨淌趲ьI(lǐng)的腔量子電動(dòng)力學(xué)研究團(tuán)隊(duì)在單原子的量子調(diào)控方面取得重要進(jìn)展。該團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)了由聲子隨機(jī)躍遷導(dǎo)致的光學(xué)偶極阱中單原子量子態(tài)退相干的新機(jī)制，并通過(guò)全面抑制原子退相干，將單個(gè)銫原子的相干時(shí)間提升到20秒。該相干時(shí)間是目前堿金屬原子量子比特的最長(zhǎng)記錄。相關(guān)研究成果以“Extending the coherence time limit of a single-alkali-atom qubit by suppressing phonon-jumping-induced decoherence”為題，于2024年10月2日發(fā)表在Optica上。 [l^XqD D4  
量子比特的相干時(shí)間是量子信息技術(shù)最重要的基礎(chǔ)參數(shù)之一。長(zhǎng)的相干時(shí)間能夠提高量子信息的存儲(chǔ)時(shí)間、量子門(mén)的操控次數(shù)和操控精度，是衡量量子系統(tǒng)綜合能力的重要指標(biāo)。光學(xué)俘獲的單原子系統(tǒng)是量子信息存儲(chǔ)和處理的基本系統(tǒng)，如何消除各種退相干因素，提高該系統(tǒng)的相干時(shí)間，是科學(xué)家們面臨的重要難題。張?zhí)觳?李剛團(tuán)隊(duì)長(zhǎng)期以來(lái)圍繞該問(wèn)題進(jìn)行了系列研究。2019年該團(tuán)隊(duì)提出了一種全新的“三重魔術(shù)條件”(Triply magic conditions)方案，通過(guò)簡(jiǎn)并雙光子躍遷的光頻移補(bǔ)償單光子躍遷的光頻移，從而抑制光場(chǎng)頻率、強(qiáng)度以及外部磁場(chǎng)等起伏對(duì)原子態(tài)的影響，能夠大幅提高原子的相干時(shí)間[Phys. Rev. Lett. 123, 253602 (2019)]。2022年，該團(tuán)隊(duì)理論分析了光學(xué)阱中原子的運(yùn)動(dòng)，引入原子運(yùn)動(dòng)的量子態(tài)（原子振動(dòng)的聲子態(tài)），完整描述了光學(xué)阱中原子的波函數(shù)，以新的視角全面分析了光場(chǎng)噪聲對(duì)原子相干性的影響[New J. Phys. 24 083028(2022)]，但實(shí)驗(yàn)上采用“魔術(shù)條件”獲得的相干時(shí)間遠(yuǎn)低于理論估算。 N-2#-poDe