冷原子

摘要： 据报道,中国科学技术大学郭光灿院士团队的邹长铃课题组将独立设计的磁场芯片与光栅芯片结合,实现了基于双芯片的冷原子磁光阱系统。相关成果新近在线发表在国际学术期刊《应用物理评论》上。磁光阱作为对原子蒸气进行冷却和俘获的基本手段之一,在现代原子物理领域中有着广泛的应用。通过磁光阱获得的冷原子系统是实现长相干时间量子比特,以及基于此的量子精密测量、量子模拟和量子计算等应用的必要基础。

摘要： 2018年第26届国际计量大会召开后,伴随着国际单位制的重新定义,真空量值加速了其量子化进程.在超高/极高真空测量领域,可基于囚禁在磁光阱中的冷原子与背景气体碰撞的损失率以及损失率系数反演真空度.本文从磁光阱中冷原子真空测量的基本原理出发,基于量子散射理论小角近似和冲激近似计算了^(6)Li冷原子与背景气体碰撞的损失率系数,并利用光缔合法测定了在一定磁场和光场条件下的磁光阱阱深,基于两级磁光阱装置通过拟合冷原子数的衰减曲线精确提取出了碰撞损失率.最后在1×10^(-8)-5×10^(-6)Pa压强范围内将真空反演量值与电离计示数对比,分析了制约测量精度提高的因素并提出了改进措施.

摘要： 双色光绝热冷却原子方法是近年来发展出的一种不需要依靠自发辐射的激光冷却方法,然而效率不高.通过数值模拟方法优化了双色光绝热冷却的过程,发现存在最佳的双色光场脉冲时间从而获得最佳冷却效果;比较了使用高斯光脉冲和方脉冲这两种脉冲的冷却效果,发现脉冲形式对冷却效果无显著影响.由于该数值模拟方法依赖于光场-原子系统的绝热演化,数值研究表明,降低原子束的速度能够提高冷却效果.最后研究了自发辐射对双色光绝热的影响,发现在脉冲时间较长时自发辐射会降低冷却效果.

摘要： 中国科学技术大学潘建伟及其同事包小辉、张强等,将长寿命冷原子量子存储技术与量子频率转换技术相结合,采用现场光纤在相距直线距离12.5 km的独立量子存储节点间建立纠缠。相关研究成果以编辑推荐的形式日前发表在《物理评论快报》上。量子网络的基本单元是远距离双节点纠缠。通过采用量子存储技术对光子进行存储,将使不同节点间的高效纠缠连接成为可能。构建存储器间纠缠并拓展节点间距一直是量子网络方向的研究热点。已实现的双节点纠缠实验中,最远直线距离仅为1.3 km。

摘要： 我国科学家在时间反演对称性实验检验上获重要进展日前从中国科学技术大学获悉,该校卢征天教授团队利用激光冷原子方法在时间反演对称性实验检验上获重要进展。相关成果发表在《物理评论快报》上。粒子物理理论推测电偶极矩研究是通向标准模型之外新物理的一条充满希望的探索途径,半个世纪以来一代又一代的实验在寻找电偶极矩信号,测量精度不断提高,但迄今为止所有测量都只得到上限。

摘要： 费米子是标准模型中物质构成的基本单元,这些基本的粒子通过相互作用构建了物质世界.同时,费米子也是凝聚态物理领域和量子化学计算中需要处理的核心的微观自由度,对理解高温超导电性、刻画量子磁性、描述分子结构和功能均起决定性作用.但是在经典计算机上模拟多费米子模型比较普遍地会遇到负符号问题,需要的计算复杂度往往随着粒子数的增长呈指数增长.而超冷原子系统提供了一种直接对相互作用费米子进行量子模拟的有效手段和实验平台,即通过微观可控的方式在物理实验中实现一个费米子模型,通过对体系进行测量获取模型的微观和宏观特性,从而加深对相关物理机制的认知和对关键参数的测定.近年来,实验对多费米子系统的基态、热平衡态、量子多体动力学进行了丰富的研究,在BEC-BCS渡越、费米子哈伯德模型、量子多体局域化的研究中取得多项研究进展.在量子模拟中对经典计算不能有效模拟的物理进行研究,包括宏观的量子现象和微观的物理机制等,体现了可控量子系统中的量子优越性.本文将简单介绍相互作用费米子的模型以及其在描述量子多体物质状态中的重要性,并阐述相互作用导致的各种超流和密度波关联物态,而这些物态对理解高温超导和量子磁性有重要科学意义.同时,关联物态的模拟在经典计算机上往往具有指数复杂度,而量子模拟的相关研究在标定相变参数、表征物态性质上体现了量子优越性.

摘要： 对于满足反对易关系的费米子体系,Bogoliubov变换是幺正变换,可以直接对体系哈密顿量进行矩阵对角化,而玻色子体系满足对易关系,不能直接进行矩阵对角化.本文以玻色子体系为研究对象,通过对哈密顿量进行改造,实现对角化,使其在自身表象下表示,并且此方法可以推广至高维自旋系统.

摘要： 运用变分波函数的方法,研究了处于无自旋费米海中一维自旋轨道耦合杂质形成的极化子的基本性质.研究结果显示:当杂质没有自旋轨道耦合时,极化子态的动量始终是0;当考虑杂质的一维自旋轨道耦合时,极化子态具有有限的动量,并且随着拉曼耦合强度的增大而减小;当塞曼劈裂不为0时,极化子态的动量会随着拉曼耦合强度的增大而降到0.本文研究的模型可以在现有的实验技术下实现,有助于研究极化费米气体中的少体问题.

摘要： 飞速发展的激光冷却、囚禁与操控中性原子的理论和实验技术不仅促进了人们对微观物质运动规律的认知,而且在精密测量和量子信息领域催生了多项颠覆性的器件与应用.不同于传统复杂庞大的原子光学实验装置,原子芯片通过在硅等基底上制备的表面微纳结构或器件来精准控制磁场、电场或光场,从而在小尺度、低功耗条件下实现对原子的强束缚与相干操控,被认为是一种稳定、精确、功能及扩展性强大的原子及其量子态片上实验平台,具有广泛且重大的应用价值.本文首先简要回顾了原子芯片的发展历程,然后介绍了基于载流导线的微势阱及微导引实现原子芯片的基本原理,并着重讨论了基于载流导线的原子芯片制备技术、测试方法和集成的全链条关键实现技术.随后,本文综述了各国与原子芯片相关的研究计划布局和主要应用进展,指出原子芯片走向实用面临的挑战性问题,并对其未来发展进行了展望.

摘要： 重力场是反映地球质量分布及变化的重要参数,动态重力测量在地质调查、地球物理、资源勘探等领域有着重要应用.目前动态重力测量均基于相对测量原理,动态相对重力仪存在零点漂移问题,影响其测量性能.动态绝对重力仪可以为相对重力仪提供同步同址校准,解决其长漂问题,因此备受关注.本文基于原子重力仪和惯性稳定平台,搭建了一套船载绝对重力动态测量系统,并在船载系泊状态下开展了绝对重力动态测量实验.经评估,船载系泊环境下的重力测量灵敏度为16.6 mGal/Hz–1/2,1000 s积分时间内重力测量的分辨率可达0.7 mGal.通过两周的绝对重力测量,评估了系统的稳定性.为了评估绝对重力的动态测量精度,将船上测量点与码头高精度绝对重力基准点的绝对重力值进行了比较,两点之间的绝对重力值差及其不确定度评估结果为(–0.072±0.134)mGal.本文结果为海洋相对重力仪的同时同船校准提供了一种新方案.

摘要： 我们研究了单光子Mazer中二能级相干冷原子穿透相干态微腔的概率，发现由原子相干性产生的许多新颖的性质。对于弱腔场，原子在最大相长干涉时，透射概率出现明显的台阶效应；而在最大相消干涉时，则出现非常规则的振荡行为。对于较强的腔场，原子透射概率出现非常新颖的开关效应。对于原子透射的"开"与"关"，我们提出两种实现方案：原子的相干控制和速度控制。在对双光子Mazer的研究中，我们发现原子在单光子和双光子Mazer中的隧穿效应，对其内部相干性的响应有很大的差异。在双光子Mazer中，原子在强相干腔场条件下透射概率的变化比单光子Mazer更规则，而开关效应却没单光子Mazer中的那么明显了。此外，我们还研究了几个典型的腔场如压缩真空态、薛定谔奇猫、薛定谔偶猫和相干态腔场下隧穿性质的特点，发现了在原子相干条件下双光子Mazer透射性的另一重要现象。

摘要： 本文在获得温度低,数目多的冷原子基础上,研究了冷原子传输速度与被推载原子的飞行速度和推的光脉冲参数之间的关系.

摘要： 本文对自行研制的小喷泉冷原子铷钟的微波谐振腔进行了分析和设计,确定了谐振腔的尺寸使其满足原子钟的需要,同时对影响微波谐振腔谐振频率的参数进行了分析,得到了谐振频率随参数的变化规律,这对提高原子钟的准确度,使谐振频率稳在与原子共振的频率上有指导意义.

摘要： 地球重力场是国家的重要战略数据.精密重力测量是获取地球重力场数据不可缺少的手段.冷原子干涉绝对重力仪利用原子的波动性对重力加速度进行精密测量,有潜力成为国家重力量子基准的重要组成部分.中国计量科学研究院(NIM)从2013年正式立题研制铷原子绝对重力干涉仪,本文报道两年来NIM原子重力测量装置的设计,和初步试验进展.NIM原子重力仪的直接目标是参加2017年由NIM主办,在北京NIM昌平院区的国际绝对重力比对.已经初步构建了真空物理、激光-光学和电子-控制三部分,并开始联机实验.物理部分采用二维磁光阱(2D MOT)+三维磁光阱(3D MOT)制备铷原子,冷原子从3D MOT中心自由下落,利用拉曼激光对原子波包进行分束、翻转、合束等操作,然后探测得到原子干涉信号.物理部分南纯钛加T而成,置于两层坡莫合金磁屏蔽内,实测屏蔽内的剩余磁场强度小于150nT,主体部分的实测真空度优于5×10-8Pa.将比较自己研制的长周期弹簧和商品减震台+拾振仪补偿两种减振方法,最终选定一种.为了减小科里奥利力对原子干涉相位的影响,采用共轴对称探测方式.同时为方便评估科氏力的系统偏差,物理系统置于可360度旋转的转动平台上.已经得到原子飞行下落信号,初步估计下落原子数达108,原子温度6μK,未经选态的飞行下落信号S/N～30.下一步将继续物理-光学-控制三部分硬件联机调试,开展原子选态、干涉、探测、处理得到重力测量值,在此基础上开展评定和比对.

摘要： 冷原子物理是近年来物理学最热门、发展最迅速的研究领域之一.激光冷却技术是获得冷原子团最有效的方法.通过搭建磁光阱获得了87Rb冷原子云.这一装置主要由真空、磁场、光路等3个系统构成.真空腔达到了10-8Pa量级的真空度,这有利于增加冷原子寿命;所设计的线圈磁场梯度约为1.5mT/cm,提供了随位置变化的磁场,从而得到了随梯度变化的散射力.通过锁定激光器频率实现对原子的激光Doppler冷却.

摘要： 本文研究了非阿贝尔人工规范势在光晶格系统拓扑量子相变中所扮演的角色，并系统地研究了具有非阿贝尔人工规范势的六角光晶格的费米子体系,发现随着非阿贝尔磁通的变化,出现四个狄拉克点到八个狄拉克点的拓扑量子相变。笔者计算了有限温度的标度函数，并得到有限温度的相图，讨论了如何在实验上测量拓扑量子相变，既可以测量规范不变的量(如比热和压缩率)，还可以测量规范依赖的量(如推迟格林函数和狄拉克点的位置。

摘要： BCS理论是超导的一个成功理论，但是它只描写了费米子在单一费米面上的Cooper配对。近年来在对冷原子费米气体、强磁场中的超导体、同位旋不对称的核物质和电中性夸克物质的研究中，由于密度不对称、质量不对称和外场引起的Zeeman分裂导致参与配对的费米子的费米面都是错位的，这时候的费米子的配对态成了理论上和实验上都关注的热点。本文简要报道了清华大学物理系高能核物理研究室在这方面的理论研究进展。我们在最一般的两分量模型框架内讨论了若干种奇特配对态的竞争，给出了不对称费米气体的一般性相图。

摘要： 该文从冷原子动力学的角度探讨了与铯原子钟有关的若干物理问题，研究了在原子喷泉实验中冷原子降温过程和抛射过程，研究了原子喷泉信号检测与获得Ｒａｍｓａｙ花样实验中可能遇到的问题。

摘要： 弱相互作用晶格系综:Bose Hubbard方法及其推广，弱相互作用的多体系综: 平均场近似及相应的Bogoliubov修正,从一维到高维系统；从纯系综到混合系综，展开MCTDH系列方法的波函数，一维简谐势阱中量子气体的呼吸模式动力学。光晶格中“量子淬火”动力学过程，六角晶格中二元玻色混合气体的相结构。

摘要： 弱相互作用晶格系综:Bose Hubbard方法及其推广，弱相互作用的多体系综: 平均场近似及相应的Bogoliubov修正,从一维到高维系统；从纯系综到混合系综，展开MCTDH系列方法的波函数，一维简谐势阱中量子气体的呼吸模式动力学。光晶格中“量子淬火”动力学过程，六角晶格中二元玻色混合气体的相结构。

摘要： 本实用新型公开了一种微型原子钟的冷铯原子束源结构，包括原子气室。原子气室内置一冷铯原子团；原子气室在空间内垂直的方向上分别设置有两对反亥姆霍兹线圈线圈；两对反亥姆霍兹线圈线圈外侧分别平行设置有两组棱镜组件；两组棱镜组件分别与原子气室外的两束入射激光配合，在原子气室内形成相互垂直的两组激光光路；两对反亥姆霍兹线圈线圈、两组棱镜组件、光学玻璃窗与两条入射激光分别配合，在原子气室内形成二维磁光阱，二维磁光阱的数量至少为一个。本实用新型通过真空角阀与铯炉的设计，维持原子气室内铯原子密度，通过扩大原子气室内的冷却区域,延长铯原子受到的冷却时间，从而提升铯原子束的流量，提升对三维磁光阱的原子装载率。

摘要： 一种测量原子喷泉冷原子黏团的尺寸和温度的方法，包括搭建测量装置；调节第一移动刀口光阑的位置测量并记录冷原子黏团的飞行时间信号强度；调节第二移动刀口光阑5的位置测量并记录冷原子黏团的飞行时间信号强度；绘制数据图拟合出在第一移动刀口光阑位置的冷原子黏团高斯半径σ0；绘制数据图拟合出在第二移动刀口光阑5位置的冷原子黏团高斯半径σt计算出冷原子黏团温度T。

摘要： 提供一种冷原子束生成技术，使冷原子束在与推送激光的行进方向不同的方向上行进。利用推送激光，从被束缚在空间中的原子生成冷原子束。接着，利用二维磁光阱机构中的四极磁场的零磁场线、或移动粘团机构中的光学驻波的漂移方向，偏转冷原子束。

摘要： 本发明提供一种冷原子绝对重力仪自动调平装置及冷原子绝对重力仪，涉及重力测量领域。本发明自动调平装置依靠测倾仪、胡克铰组、控制器、平台体、球铰组件、驱动组件等以特定方式连接配合，能够提供高精度水平姿态信息用于冷原子绝对重力仪设备的系统标定。尤其是在野外场地使用过程中，该自动调平装置能够对重力敏感单元高精度快速调平，从而便于保证冷原子绝对重力仪快速测量。

摘要： 一种基于原子输运的小型空间冷原子钟的装置，包括原子俘获腔、微波谐振腔及探测区三个组成部分。通过多个移动光学粘胶脉冲作用的方法，实现空间微重力下冷原子云的快速动量交换，使冷原子云在俘获区、作用区、探测区的10毫秒量级的快速转移，并且在完成转移后能够停留在目标区域。输运过程配合冷原子的制备‑微波作用‑探测时序实现原子钟的整个时序。本发明具有结构简单，体积较小，性能指标高等优点。

摘要： 本发明一种用于冷原子干涉型重力仪原子数探测装置，包括沿同一轴线依次设置的激光器、保偏光纤、激光准直器、第一1/2波片、第一偏振立方分束器、第二1/2波片、第二偏振立方分束器、第三1/2波片以及三棱镜；激光器发出的原子探测激光经过保偏光纤、激光准直器、第一1/2波片、第一偏振立方分束器、第二1/2波片、第二偏振立方分束器后形成第一探测光和第二出射光，第二出射光经过三棱镜形成第二探测光；第一探测光、第二探测光在冷原子干涉型重力仪的真空腔下方形成探测区。本发明还提供一种用于冷原子干涉型重力仪原子数探测装置的探测方法。本发明利用对称结构设计抑制共模噪声，可以有效解决冷原子干涉型重力仪原子数探测效率低和易受本底抖动影响。

摘要： 本发明公开了一种适用于冷原子实验的前级原子预冷却系统，与实验腔体连通，其包括：玻璃腔体，用于接收待冷却原子；真空腔体组件，用于维持玻璃腔体与实验腔体之间的压强差，并为冷却后的原子团提供传输通道；水平方向冷却装置，用于将水平冷却激光扩束为椭圆形光斑并发射出去以对原子团水平方向上的温度进行冷却；竖直方向冷却装置，用于将竖直冷却激光扩束为椭圆形光斑并发射出去以对原子团竖直方向上的温度进行冷却；梯度磁场线圈组件，用于提供梯度磁场；原子团推送组件，设置在玻璃腔体一侧，用于发射一组推送激光将冷却后的原子团从玻璃腔体中推送至实验腔体中。本发明能够使原子团的温度更低、光学厚度更高、原子通量更大。

摘要： 本发明涉及一种用于超冷原子传感器的原子芯片(Ach)，该原子芯片包括：‑第一对波导，‑第二对波导，沿X的导向器和沿Y'的导向器在平面XY中的投影在它们的相交处形成具有中心O并具有第一表面(S1)的第一平行四边形(P1)，‑第一导电条带(W1)和第二导电条带(W2)，布置成使得它们各自在平面XY中的投影在它们的相交处形成同样具有中心O并具有第二表面(S2)的第二平行四边形(P2)，所述条带被设计为流过直流电流，‑第一表面(S1)和第二表面(S2)之间的交点大于或等于第一表面(S1)的40％。

摘要： 本发明涉及一种用于超冷原子传感器的原子芯片(Ach)，包括原子芯片的测量平面XY，包括：‑多个第一对波导，‑多个第二对波导，距离X最远的第一对和距离Y'最远的第二对在平面XY中的投影在它们的相交处形成中心为O的平行四边形(P)，‑第一导线(W1)在平面XY中沿X或Y'或所述平行四边形的对角线(D1，D2)具有投影，第一导线被设计为流过直流电流，‑所述第一线具有扩口以便采取表面(S)的形式，其在平面XY中的投影包含所述平行四边形(P)并且呈现出关于点O的对称性。

摘要： 本申请涉及一种冷原子束的原子频标检测方法及系统，属于原子频标技术领域。所述方法包括：生成冷原子束，冷原子束是经过态制备和分离振荡场作用的，冷原子束中包括处于第一能级的第一原子和处于第二能级的第二原子，第一能级高于第二能级；利用检测激光作用于冷原子束，得到第一荧光信号和第二荧光信号，第一荧光信号是第一原子跃迁到激发态能级后回落至第一能级产生的，第二荧光信号是将第二原子泵浦至第一能级后，由第一能级跃迁至激发态能级再回落至第一能级产生的；根据第一荧光信号和第二荧光信号计算冷原子束的原子跃迁概率信号；根据原子跃迁概率信号对晶体振荡器的输出频率进行控制。本申请实施例提供的冷原子束的原子频标检测方法及系统，可以提高冷原子束的原子频标性能。