可独立寻址单原子阵列的集成化研究

发布时间：2024-03-15 05:41

　　单原子阵列作为高度可控的量子比特载体,能为量子相互作用的研究提供优良的物理平台,它的研究进展对于中性原子量子计算机的研制具有积极的推动作用。本论文以可独立寻址单原子阵列的集成化为目标,开展了单原子阵列芯片设计、原子芯片U型磁光阱、高分辨率物镜设计、单原子阵列囚禁与探测等相关的理论和实验研究,论文的主要工作和创新点如下:1.单原子阵列囚禁的方案设计。针对现有的利用激光驻波场和衍射场囚禁单原子阵列在寻址和装置稳定性方面的缺点,我们将光波导芯片和原子芯片相结合,设计了一套新型的可独立寻址单原子阵列囚禁的集成化实验方案,并对方案中的具体参数进行了优化,对加工后的器件进行了详细测试。在此设计之上,我们还进一步提出了包括独立寻址里德堡激发和基于微波态选择势的受控碰撞两种可行的量子操控方案。2.原子芯片U型磁光阱的实验实现。我们结合原子芯片顶部U型载流导线和偏置磁场来产生MOT四极磁场,搭建超高真空系统、激光稳频移频光路和控制系统实现了原子数为10⁷量级的⁸⁷Rb原子磁光阱囚禁,并通过优化四极磁场的分布将原子数提升了一倍。3.高分辨率成像物镜的设计。根据实...

【文章页数】：159 页

【学位级别】：博士

【文章目录】：
摘要
Abstract
1 引言
    1.1 可独立寻址的单原子阵列
    1.2 原子芯片
    1.3 光波导技术
    1.4 论文研究内容
2 基础理论与基本概念
    2.1 原子与光场相互作用
    2.2 激光冷却
    2.3 单原子偶极阱囚禁
    2.4 原子与磁场相互作用
3 单原子阵列芯片的设计与加工
    3.1 设计背景
    3.2 总体设计思路
    3.3 平面光波导芯片
    3.4 聚焦微透镜
    3.5 原子芯片
    3.6 单原子芯片上的量子操控方案
    3.7 本章小结
4 原子芯片U型磁光阱
    4.1 真空系统
    4.2 激光系统
    4.3 磁场系统
    4.4 控制系统
    4.5 镜面U型磁光阱(U-MOT)
    4.6 本章小结
5 高分辨率成像物镜
    5.1 设计背景
    5.2 物镜的设计与装配
    5.3 物镜的光学测试
    5.4 单原子的囚禁与探测
    5.5 本章小结
6 基于多芯光纤的单原子阵列囚禁
    6.1 方案设计
    6.2 消色差物镜
    6.3 多芯光纤的结构设计与测试
    6.4 单原子阵列的囚禁与探测
    6.5 本章小结
7 总结与展望
    7.1 总结
    7.2 展望
致谢
参考文献
附录1 攻读博士学位期间成果目录
附录2 单原子装载蒙特卡洛模拟
附录3 载流导线磁场计算
    附录3.1 有限长细导线
    附录3.2 有限长有限宽度方形导线
附录4 NA=0.36 成像物镜参数



本文编号：3928622