超冷原子—分子慢光及旋量气体的量子调控

【摘要】：本文对玻色-爱因斯坦凝聚做了简单的概述,对利用冷原子来做量子态的传递（慢光）的理论和实验做了概述。对在超冷原子玻色-爱因斯坦凝聚中利用光缔合（PA）或磁费希巴赫共振（FR）技术来形成标量或者是旋量超冷分子进行研究。由于异核分子具有长程和各向异性相互作用，它不仅能够用来探测一系列经典的多体物理现象而且可以应用到量子信息过程。 本文第二章研究了利用双色光缔合（PA）的方法，在原子-分子暗态极化过程中实现量子态的传递过程—从量子化光场传递到超冷基态异核分子中。我们的结果为实际量子信息的操作提供了一种可能性，那就是通过利用超冷异核分子物质波来实现人工集成量子存储和量子计算过程。 第三章研究了对于费米原子-分子慢光体系，我们证明了信号场的群速度特别依赖于初始的原子是玻色子还是费米子，同时依赖于简并费米原子存不存在能隙。因此通过测量信号场群速度的延迟时间就可以非破坏性的诊断原子态和费米能隙。 第四章研究了对自旋为一的玻色爱因斯坦凝聚体系中，我们理论研究了原子-分子相干转化过程中存在的几个不同方面的动力学过程。我们讨论了在存在一个合适的原子-分子暗态情况下，通过自旋交换碰撞和光缔合过程来实现初始由三个自旋为零的原子到原子-分子对的稳定转化过程。这个过程只涉及到两个两体相互作用，但可以被整体看成为一个有效的三体重整过程。我们研究了光缔合和初始磁共振条件下的相对影响，我们发现在暗态条件下这种磁共振条件可以得到完美的满足。同时我们也考虑了非共振条件下的情况，这种暗态条件只能在绝热情况下近似满足或者是根本就不满足。在绝热条件下，我们能够演绎出一个非弹性的刚性摆模型，可以让我们很方便的在原子-分子摆中研究反铁磁的不稳定性，和大振幅的原子-分子对振荡以及原子分子纠缠效应等其它原子分子光学中有趣的现象。 第五章我们提出一种在自旋为三的旋量铬原子玻色爱因斯坦凝聚体中通过拉曼耦合过程来实现自旋轨道耦合的实验方案。通过利用线性塞曼效应和光学斯塔克位移效应，我们可以选择其中的两个基态自旋电子态，它可以被描述成一个赝二分之一自旋模型。我们将证明，由于自选轨道耦合将会诱导出额外的条纹状基态结构，磁偶极-偶极相互作用诱导出的涡旋态相，也就是自发自旋涡旋态的形成。与原始的自旋为三的旋量铬原子玻色爱因斯坦凝聚体的相互作用相比，我们得到的赝二分之一铬原子自旋模型具有一个很大的优点，那就是它所对应的接触相互作用形式特别简单，因此自旋涡旋态可以在实验上很容易被观测到。最后我们应该指出，我们所提出的这种方案应该也能够被用于具有更大偶极动量的镝原子凝聚体中。