基于量子逻辑技术的镁-铝离子光频标关键技术研究

发布时间：2020-04-11 17:33

【摘要】：时间频率是迄今为止人类所能测量到的最为准确的物理量,Cs原子喷泉钟的系统相对不确定度已经进入小数10~(-16)量级,而基于光频段禁戒跃迁的光钟更是将其系统相对不确定度评估至10~(-18)甚至10~(-19)的水平。现如今高精度的时间频率系统在计量学、卫星导航、深空探测、甚长基线干涉、基本物理规律检验等领域发挥出了越来越重要的作用。~(27)Al~+离子的钟跃迁线~1S_0-~3P_0跃迁的自然线宽只有8 mHz,由于它不存在电四极矩频移、拥有较小的Zeeman频移而且是目前所有光钟体系中对黑体辐射最不敏感的离子,因此~(27)Al~+离子光钟备受人们的青睐。然而由于缺乏~(27)Al~+离子直接冷却~1S_0-~1P_1跃迁所需的167 nm激光器,~(27)Al~+离子目前无法被直接冷却和探测从而必须采用量子逻辑技术实现。在我们实验方案当中,选用~(25)Mg~+作为逻辑离子实现对~(27)Al~+离子的协同冷却和量子逻辑谱的读出。本文将主要介绍围绕~(27)Al~+离子量子逻辑谱的实现展开的一系列工作,这也是本人攻读博士学位期间的主要研究工作,它们包括:1.搭建了一套镁-铝离子量子逻辑光钟的物理系统和软件控制系统;2.进行了~(25)Mg~+-~(27)Al~+离子对的Raman边带冷却,将其冷却至振动基态,借助该套装置我们精确测量了~(25)Mg~+离子基态超精细结构常数的大小;3.实现了~(27)Al~+离子~1S_0 ~3P_1跃迁量子逻辑谱的探测。以上研究工作为对于后续~(27)Al~+离子光钟的实现奠定了扎实的基础。
【图文】：

图 1.127Al+离子能级结构会产生感应磁场，同时量子化轴磁场也衰减，所以对于27Al+离子光钟二阶 Z钟跃迁为 的跃迁，，该跃迁2，可以看出27Al+离子的钟跃迁对磁场跃迁上述的这些优越的性质，除美国 N27Al+离子光钟系统，这其中包括德国 则有中国科学院武汉物理数学研究所以得27Al+离子光钟能够成为第一个将系这些优势，但是其缺点同样不可忽视。原子质量只有 27，这导致27Al+离子在

华 中 科 技 大 学 博 士 学 位 论 文2 实 验 装 置2.1 离子阱离子阱是用来对离子进行囚禁的装置，它是开展 Al+离子光钟所有实验的核件。Earnshaw 定理告诉我们单纯地依靠静电场无法在自由空间当中囚禁带电粒目前在自由空间中囚禁离子有两种不同类型的离子阱可选，其中之一是利用射场实现囚禁的 Paul 阱，另外一种是利用静电场和静磁场实现囚禁的 Penning 阱于 Penning 阱使用强磁场会引入较大的 Zeeman 频移[116]，对于光钟系统应尽量使用。
【学位授予单位】：华中科技大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：O413

【相似文献】

相关期刊论文 前10条

1 万小龙;李福勇;;量子逻辑、量子悖论与量子疑难[J];湖北大学学报(哲学社会科学版);2012年05期

2 欧阳建权;;四值量子逻辑[J];湘潭大学自然科学学报;2008年01期

3 潘平;罗辉;王洋;;基于量子逻辑线路神经网络的说话人识别方法[J];科技导报;2013年33期

4 卞拓蒙;;形式化量子力学不必使用量子逻辑[J];逻辑学研究;2010年01期

5 张大伟;;利用量子逻辑网络实现1→2最佳量子克隆[J];延边大学学报(自然科学版);2012年03期

6 张培喜;王友仁;陈燕;;量子逻辑电路故障检测定位及自修复方法研究[J];量子电子学报;2012年06期

7 王帮海;;量子逻辑的发展及其理论基础[J];现代计算机(专业版);2009年08期

8 李永明;;基于量子逻辑的有穷自动机与单体二阶量子逻辑[J];中国科学(F辑:信息科学);2009年11期

9 于海飞;量子逻辑述评[J];兰州大学学报;2005年01期

10 李文骞;陈汉武;王佳佳;李志强;刘文杰;;模板技术在量子逻辑电路优化中的应用[J];东南大学学报(自然科学版);2006年06期

相关会议论文 前2条

1 狄尧民;魏海瑞;;采用GCX门的多值量子逻辑线路的合成[A];第十五届全国量子光学学术报告会报告摘要集[C];2012年

2 郭战营;尚晓星;方建兴;王一奇;;运用简化Bell基测量的多粒子隐形传态及其量子逻辑电路[A];教育部中南地区高等学校电子电气基础课教学研究会第二十届学术年会会议论文集（下册）[C];2010年

相关博士学位论文 前6条

1 徐泽天;基于量子逻辑技术的镁-铝离子光频标关键技术研究[D];华中科技大学;2019年

2 麻志浩;对量子逻辑若干问题的研究[D];浙江大学;2006年

3 罗来珍;量子逻辑中的收敛理论[D];哈尔滨工业大学;2009年

4 雷强;量子逻辑的内蕴拓扑[D];哈尔滨工业大学;2008年

5 王凯宁;科学哲学视域下的量子计算研究[D];山西大学;2015年

6 张凤阳;复合固态量子系统中纠缠产生和逻辑门实现[D];大连理工大学;2013年

相关硕士学位论文 前9条

1 张小颖;量子逻辑电路的研究与设计[D];复旦大学;2009年

2 钱学e

本文编号：2623853