文档介绍：项目名称:
囚禁离子、原子体系的精密调控及在量子频标上的应用
首席科学家:
王力军清华大学
起止年限:
2010年1月-2014年8月
依托部门:
教育部中国科学院
一、研究内容
1、高性能的实验平台、可推广技术的建设
将主要搭建以下两个基础实验技术平台和提供一套可推广技术:
(1)高精度原子钟台。
(2)小型化、可搬动的高精度离子频标,用于频标比对。
(3)发展能可靠运行超窄线宽激光稳频技术。
2、离子囚禁技术、精密光谱及应用
(1)研究离子囚禁新方法,新技术。特别是特大离子云的囚禁、冷却方法。研究各种新物理现象,包括相变的新型光学探测方法。研究囚禁离子与外界相互作用,以及内外自由度的耦合和调控。
(2)基于镉离子的小型化、激光冷却射频量子频标,用于比对。
(3)开展离子囚禁新方法的理论研究。
3、光晶格锶原子光频标和铯原子喷泉微波频率基准及比对平台
(1)研究光晶格囚禁锶原子光频标。
(2)研究铯原子喷泉微波频率基准性能指标提升关键技术。改造现有NIM5铯原子喷泉钟, 使其频率天稳定度和不确定度均达到(1-2)x10-15,运行率99%。
(3)研究喷泉钟-光钟的溯源比对平台的关键技术。为本项目研制的光频标提供绝对频率溯源比对参考,争取为未来国际改定秒定义提供基础数据。
4、超窄线宽激光及精密光谱研究
(1)研制超窄线宽稳频激光。为开展光学频率标准研究提供必不可少的激光源,发展能可靠运行的超窄线宽激光稳频技术。
(2)开展光梳精密光谱学的研究。提高光谱检测灵敏度及分辨率,探索多频窄线宽相干光场同时与原子分子相互作用及相干控制新机理。
(3)开展基于三维光晶格冷原子的精密光谱与精密测量的研究。用研制的578nm窄线宽激光,研究三维光晶格光钟的理论和实验问题。研究与三维光晶格光钟相关的物理问题。
(4) 研究超窄线宽光纤精密传输系统,为光频标精密传输和光钟比对研究提供有效的技术路线和手段。
5、囚禁量子体系内外部量子态相互作用原理与调控
(1)研究囚禁下粒子体系内外部量子态的耦合。特别是系统中基于量子逻辑操作的调控方法。研究体系的退相干机制以估算错误率,考虑内外部量子态的相互作用和演化,研究以量子逻辑操作为手段的量子态调控。
(2)研究超冷原子多体系统、玻色-爱因斯坦凝聚体系的调控和物性。光晶格在不同条件下如具有自旋自由度或高自旋下超冷原子体系的量子态调控,量子态在此系统中的演化及其存储,传输和读出量子态的功能。
(3)探索原子分子内外部量子态调控原理。以各种原子分子体系为研究对象,对其量子态的演化和调控可能性的基本原理进行研究。
二、预期目标
总体目标:
紧紧围绕量子调控的前沿领域,重点探索离子、原子的新颖囚禁和操控办法,自主搭建新型的量子光频及射频标准平台,综合性能跻身台,实现以中国计量科学研究院的时间频率标准为基准的自主比对。利用这些标准平台,进一步探索囚禁中的粒子内外部量子态的耦合,实现基本物理常数的精密测量。发展可推广的模块化超窄线宽激光稳频测频技术,培养和建立高水平的量子频标科研队伍,使我国量子调控研究早日进入国际先进行列,提升我国在精密测量方面的台、可推广技术的建设方面,完成前述的两个基础实验技术平台和提供一套可推广技术。
五年预期目标:
1. 理论研究并自主建立用于囚禁特大离子云的新型离子阱;研究激光冷却的新方法;探索新型光学方法研究各种晶体的相变过程。
2. 自主搭建一台基于激光冷却镉离子的小型化射频量子频标设备,并争取实现可搬运。争取实现以下技术指标:频率稳定度(> 150 s)优于8×10-14τ-1/2,天稳定度优于5x10-15。
3. 研究喷泉钟-光钟的溯源比对平台的关键技术。以铯原子喷泉钟频率为参考,在现行国际秒定义的计量框架下,争取为本项目研制的微波和光学频率标准提供绝对频率溯源比对。
4. 研制超窄线宽稳频激光,线宽达到赫兹。使其工作状态能达到可靠运行,并积极拓宽到其他波段,发展能可靠运行的超窄线宽激光稳频技术。
5. 光晶格囚禁下冷原子物理研究。开展精密光谱、精密测量和量子频标应用研究。本项目集中了在光晶格囚禁下锶、镱两种原子。其频率比较有基础物理意义。
6. 用超窄线宽激光对光梳进行精密控制,为开展不同波长光频标比对研究打下基础。超窄线宽光纤精密传输系统研究达到实用化,为光频标精密传输和光钟比对研究提供有效的技术路线和手段。
7. 探索囚禁粒子体系内外部量子耦合系统中的退相干机制,根据相关实验数据,准确预测系统退相干所引起的噪音,并提出实用化有效量子逻辑操作调控方案。研究囚禁粒子体系系统的动力学和调控性质。
8.