[發(fā)明專利]一種時(shí)空調(diào)制自旋-軌道耦合分布結(jié)構(gòu)的方法及裝置

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 202211675189.5
• 申請日: 2022-12-26
• 公開（公告）號(hào): CN115831431A
• 公開（公告）日: 2023-03-21
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 宋淑偉;徐勤政;劉騰陽
• 申請（專利權(quán)）人: 哈爾濱理工大學(xué)
• 主分類號(hào): G21K1/00
• 分類號(hào): G21K1/00
• 代理公司: 濟(jì)南智圓行方專利代理事務(wù)所(普通合伙企業(yè)) 37231
• 代理人: 路則謙

本發(fā)明公開了一種時(shí)空調(diào)制自旋?軌道耦合分布結(jié)構(gòu)的方法及裝置，該裝置包括真空結(jié)構(gòu)和激光產(chǎn)生結(jié)構(gòu)；真空結(jié)構(gòu)，用于捕獲控制超冷原子氣體和目標(biāo)超冷原子氣體，其中，控制超冷原子氣體和目標(biāo)超冷原子氣體之間存在自旋?交換相互作用；激光產(chǎn)生結(jié)構(gòu)，用于在真空結(jié)構(gòu)中產(chǎn)生多個(gè)不同激光束，用以制備控制超冷原子氣體的光學(xué)勢阱，對控制超冷原子氣體的時(shí)空密度分布進(jìn)行調(diào)控，以在目標(biāo)超冷原子氣體中產(chǎn)生時(shí)空調(diào)制的自旋?軌道耦合強(qiáng)度分布。本發(fā)明通過光學(xué)勢阱對控制超冷原子氣體的密度進(jìn)行直接調(diào)控，對目標(biāo)超冷原子氣體中的有效自旋?軌道耦合進(jìn)行間接調(diào)控，本發(fā)明提供的裝置結(jié)構(gòu)簡潔且動(dòng)態(tài)可調(diào)，適用性強(qiáng)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明實(shí)施例涉及超冷原子量子氣體技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種時(shí)空調(diào)制自旋-軌道耦合分布結(jié)構(gòu)的方法及裝置，具體涉及一種通過改變控制超冷原子氣體密度在目標(biāo)超冷原子氣體內(nèi)部誘導(dǎo)出時(shí)空依賴的有效自旋-軌道耦合效應(yīng)的方法及裝置。

背景技術(shù)

自20世紀(jì)初以來，量子態(tài)和現(xiàn)象一直令人著迷。除了對這些新現(xiàn)象的內(nèi)在興趣外，量子相關(guān)概念的應(yīng)用還導(dǎo)致了現(xiàn)代量子相關(guān)技術(shù)的發(fā)明，例如激光、磁共振成像、量子氣體鐘和超導(dǎo)量子干涉裝置。作為一種簡單、原始且最容易控制的量子系統(tǒng)，超冷原子量子氣體越來越受到不同研究界的關(guān)注。中性量子氣體中合成規(guī)范場的出現(xiàn)使超冷原子平臺(tái)能夠模擬量子新狀態(tài)，尤其是與自旋軌道耦合相關(guān)的量子現(xiàn)象。自旋軌道耦合玻色子和費(fèi)米子的量子氣體都已通過實(shí)驗(yàn)實(shí)現(xiàn)。有了這些成就，就可以很容易地研究一些有趣的量子態(tài)，如量子自旋霍爾效應(yīng)、超固體、拓?fù)涑瑢?dǎo)和超流體。所有這些狀態(tài)都有可能在未來的量子技術(shù)中找到應(yīng)用。例如，馬約拉納費(fèi)米子表現(xiàn)出更接近非阿貝爾任意子的統(tǒng)計(jì)行為，這對于開發(fā)具有編織和操作的通用量子門至關(guān)重要。

然而，在人工自旋-軌道耦合的雙光子拉曼躍遷方案中，原子質(zhì)量小的堿原子傾向于遭受光致加熱問題。升溫速率和拉曼耦合比例相同，難以抑制升溫。此外，實(shí)現(xiàn)時(shí)空調(diào)制的自旋-軌道耦合效應(yīng)也是超冷原子氣體領(lǐng)域的重要挑戰(zhàn)。

針對這一難題，本發(fā)明提出借助以自旋-交換相互作用為媒介，以調(diào)控控制超冷原子氣體密度為手段，在目標(biāo)超冷原子內(nèi)部實(shí)現(xiàn)時(shí)空依賴的自旋-軌道耦合效應(yīng)。

發(fā)明內(nèi)容

上實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了一種時(shí)空調(diào)制自旋-軌道耦合分布結(jié)構(gòu)的方法及裝置，通過光學(xué)勢阱對控制超冷原子氣體的密度進(jìn)行直接調(diào)控，對目標(biāo)超冷原子氣體中的有效自旋-軌道耦合進(jìn)行間接調(diào)控，本發(fā)明提供的裝置結(jié)構(gòu)簡潔且動(dòng)態(tài)可調(diào)，適用性強(qiáng)。

第一方面，本發(fā)明提提供了一種時(shí)空調(diào)制自旋-軌道耦合分布結(jié)構(gòu)的裝置，該裝置包括真空結(jié)構(gòu)和激光產(chǎn)生結(jié)構(gòu)；

真空結(jié)構(gòu)，用于捕獲控制超冷原子氣體和目標(biāo)超冷原子氣體，其中，控制超冷原子氣體和目標(biāo)超冷原子氣體之間存在自旋-交換相互作用；

激光產(chǎn)生結(jié)構(gòu)，用于在真空結(jié)構(gòu)中產(chǎn)生多個(gè)不同激光束，用以制備控制超冷原子氣體的光學(xué)勢阱，對控制超冷原子氣體的時(shí)空密度分布進(jìn)行調(diào)控，以在目標(biāo)超冷原子氣體中產(chǎn)生時(shí)空調(diào)制的自旋-軌道耦合強(qiáng)度分布。

在一個(gè)可能的實(shí)現(xiàn)方式中，裝置還包括氣體減速結(jié)構(gòu)，用于在真空結(jié)構(gòu)捕獲控制超冷原子氣體和目標(biāo)超冷原子氣體前，對控制超冷原子氣體和目標(biāo)超冷原子氣體進(jìn)行減速。

在一個(gè)可能的實(shí)現(xiàn)方式中，控制超冷原子為加熱效應(yīng)不明顯的堿金屬原子，目標(biāo)超冷原子為加熱效應(yīng)明顯的堿金屬原子，其中，當(dāng)拉曼光的拉比頻率與非彈性散射率比值不大于10³時(shí)加熱效應(yīng)明顯。

在一個(gè)可能的實(shí)現(xiàn)方式中，激光產(chǎn)生結(jié)構(gòu)包括激光源和多個(gè)激光束口，其中，多個(gè)激光束口包括第一激光束口、第二激光束口、第三激光束口、第四激光束口及第五激光束口；

激光源分別在第一激光漱口和第二激光束口產(chǎn)生y和z坐標(biāo)軸上方向上相向而行的第一激光束和第二激光束，其中，第一激光束和第二激光束，分別控制目標(biāo)超冷原子氣體與控制超冷原子氣體被束縛在激光形成的光學(xué)勢阱中，以實(shí)現(xiàn)目標(biāo)超冷原子氣體與控制超冷原子氣體的x方向的一維棒狀結(jié)構(gòu)；