[發明專利]一種磁共振塞曼躍遷調控的實驗裝置及方法

有效

• 申請號: 202110412374.4
• 申請日: 2021-04-16
• 公開（公告）號: CN113240985B
• 公開（公告）日: 2023-04-07
• 發明（設計）人: 繆培賢;史彥超;陳大勇;廉吉慶;張金海;王劍祥;楊世宇;馮浩;肖玉華;朱宏偉;代虎;楊軍;涂建輝;楊煒;崔敬忠;陳江;劉志棟
• 申請（專利權）人: 蘭州空間技術物理研究所
• 主分類號: G09B23/18
• 分類號: G09B23/18
• 代理公司: 北京理工大學專利中心 11120
• 代理人: 代麗

本發明公開了一種磁共振塞曼躍遷調控的實驗裝置及方法。首先利用磁屏蔽筒、本底磁場線圈和恒流源產生穩恒的本底磁場，并控制本底磁場對應的拉莫爾進動頻率fsubgt;0/subgt;和射頻信號源輸出的正弦信號的頻率f相等；其次通過調節抽運?檢測型原子磁力儀的射頻信號源輸出的信號幅度來設置射頻信號為π/2脈沖或π脈沖；然后控制射頻信號源輸出一系列初始相位相同的正弦射頻脈沖串，首個射頻脈沖信號為π/2脈沖，射頻脈沖信號之間的間隔時長設定為n/fsubgt;0/subgt;或(m?0.5)/fsubgt;0/subgt;，n和m為正整數，通過調整射頻脈沖信號之間的間隔時長實現對磁共振塞曼躍遷的調控。本發明證明了量子躍遷是有過程的，是可被重復操控的，是確定性的結論。

技術領域

本發明涉及量子信息技術領域，具體涉及一種磁共振塞曼躍遷調控的實驗裝置及方法。

背景技術

1913年丹麥物理學家玻爾提出氫原子的行星軌道模型(舊量子論)，并認為量子躍遷是隨機發生的。由于電子圓周運動時會輻射能量，原子的行星軌道模型是不穩定的結構，1926年薛定諤提出了薛定諤方程和電子云結構，用波函數Ψ(x,y,z)表征電子的運動狀態，并用它的模平方|Ψ|²值表示單位體積內電子在核外空間某處出現的幾率，所以電子云實際上就是|Ψ|²在空間的分布。1930年狄拉克將量子態的疊加性作為量子力學的一個基本假設，從此學術界針對量子力學基本假設是否成立和量子力學是否完備展開了激烈的辯論。1935年愛因斯坦和薛定諤分別以“EPR佯謬”和“薛定諤貓”發起對量子力學完備性的質疑，玻爾以觀察者效應進行反駁。回顧物理學發展史，量子力學是基于統計學實驗(例如黑體輻射和原子光譜)得到的統計學規律，并成功地解釋了諸多統計學實驗，然而量子躍遷在單個量子比特中是隨機性的還是確定性的，目前在學術界仍然存在爭議。

進入21世紀以來，量子物理與信息科學交叉產生了量子信息技術，其物理基礎是量子態的疊加性、量子非局域性和量子不可克隆定理。量子信息技術工程應用的必要條件是信息被存儲在量子比特中，然而學術界還未回答單個量子比特如何在實驗上實現“寫入”和“讀取”的問題。

發明內容

有鑒于此，本發明公開了一種磁共振塞曼躍遷調控的實驗裝置及方法。本發明基于磁共振塞曼躍遷的二能級系統，將相干原子系綜在磁場中的演化過程等效為一個原子的演化，從操控磁共振躍遷的實驗細節來說明量子躍遷操控需具備的實驗條件，并分析未來單個量子比特“寫入”和“讀取”應注意的實驗細節。本發明試圖獲得量子躍遷是確定性的結論，由此論證量子信息技術及其應用的可行性。

本發明首先利用磁屏蔽筒、本底磁場線圈和恒流源產生穩恒的本底磁場，通過監測抽運-檢測型原子磁力儀輸出的拉莫爾進動頻率f₀來調整恒流源向標準線圈輸出的電流，使本底磁場對應的拉莫爾進動頻率f₀和射頻信號源輸出的正弦信號的頻率f相等；其次通過調節抽運-檢測型原子磁力儀的射頻信號源輸出的信號幅度來設置射頻信號的π/2脈沖或π脈沖的時長；然后控制射頻信號源輸出一系列初始相位相同的正弦射頻脈沖串，首個射頻脈沖信號為π/2脈沖，射頻脈沖信號之間的間隔時長設定為n/f₀或(m-0.5)/f₀，n和m為正整數，通過調整射頻脈沖信號之間的間隔時長實現對磁共振塞曼躍遷的調控。本發明實施例中設計了四組射頻場脈沖串的組合，分別實現↑↓↑↓↑↓↑↓↑↓、↑↑↑↑↑↑↑↑↑↑、↑↓↓↓↓↓↓↓↓↓和↑↑↓↓↑↑↓↓↑↑的調控結果(↑代表原子磁矩指向z軸正方向，↓代表原子磁矩指向z軸負方向)。本發明實施例證明量子躍遷是有過程的，是可被重復操控的，是確定性的結論。

有益效果：

(1)本發明同時觀測了磁共振塞曼躍遷過程中z軸的躍遷信號和x軸的內態演化信號，而微波原子鐘實驗裝置只能觀測到類似本發明中z軸的躍遷信號，無法觀測到類似本發明中x軸的內態演化信號。