[发明专利]基于速度选择技术操控原子布居转移的装置及方法

说明书

本发明提供一种基于速度选择技术操控原子布居转移的装置及方法。一种基于速度选择技术操控原子布居转移的装置，包括顺次位于光路上的飞秒光学频率梳、激光隔离器、第三全反射镜、第四全反射镜、宽带滤光片、凸透镜、原子蒸汽泡、吸光片；还包括顺次位于光路上的半导体激光器、第一全反射镜、第一四分之一波片、第一偏振分束棱镜、第二全反射镜、第五全反射镜、第二四分之一波片、第二偏振分束棱镜、光电探测器；探测器由BNC线连接到示波器上。有效地解决了现阶段内操控原子布居数转移的方法的精确性差、效率低、覆盖原子能级数目少、可调性差等问题。整个装置及方法具有结构简单、操作简便、易于调节、外界干扰小、稳定性强、精确度极高的优点。

技术领域

本发明涉及对原子在其能级布居数的操控，具体是一种基于速度选择技术操控原子布居转移的装置及方法。

背景技术

利用超快激光结合原子物理是近二十年发展起来的光学和原子物理学的一个热门交叉学科。利用超快激光结合原子物理创建数百个或数千个量子比特构成栅格是目前实现量子计算机公认的最有效的载体与手段。不同于传统的二进制，一个量子比特可以同时输入一个叠加状态，其中0和1是同时有效的。当在该状态下的量子比特共同工作，就可以完成对于传统硬件来说不可能完成的复杂计算。目前，世界上许多国家都在研究量子计算机。量子计算机未来在军事、经济与科学研究中都占有重要的地位。有效操控原子在其精细能级上的布居，对于量子计算机与量子通讯有重要的意义。

目前，国际上主要采用单频激光光学泵浦或者宽带光泵浦的方法来实现操控原子在其精细能级上的分布。单频激光因其激光功率高，频率准确的对应于具体原子的能级，使得其操控确定能态上的原子数效率极高。单频激光操控原子在其精细能级上分布的缺点是：只能操控原子能级跃迁频率与激光频率相对应的单个能级上的原子数分布，如果要操控多条不同能级上原子数的布居需要大量频率不同的激光器，价格高昂且使用不便。宽带光源操控原子在其精细能级上分布的优势在于，其极宽的谱线范围可以覆盖原子几乎所有的能级，但因为宽带光不具备激光的特点使得其激发原子跃迁的效率极低，以至于此种方法极少使用。基于此，急需发明一种即可以像单频激光那样高效的激发原子到特定的能级，又可以像宽带光一样同时覆盖几乎所有的原子能级的装置与方法。

发明内容

本发明为解决现有技术中单一单频率激光覆盖不了所有原子能级，如果要操控原子所有能级的布居数需要上百台单频激光器；而宽带光源虽然可以覆盖几乎所有原子能级但宽带光源激发原子跃迁的效率太低的技术问题，提供了一种既可以像单频激光那样高效的激发原子到特定的能级，又可以像宽带光一样同时覆盖几乎所有的原子能级的装置与方法。

本发明所述的基于速度选择技术操控原子布居转移的装置是采用如下技术方案实现的：一种基于速度选择技术操控原子布居转移的装置,包括飞秒光学频率梳、顺次位于飞秒光学频率梳出射光路上的激光隔离器、第三全反射镜和第四全反射镜，第四全反射镜的反射光路上顺次设有滤光片、凸透镜以及内充碱金属原子蒸气的原子蒸汽泡；经凸透镜聚焦后的激光在穿过原子蒸汽泡后的光路上设有吸光片；还包括半导体激光器、顺次位于半导体激光器出射光路上的第一全反射镜、第一四分之一波片和第一偏振分束棱镜；第一偏振分束棱镜的透射光路上设有第二全反射镜；所述第二全反射镜的反射光路穿过原子蒸汽泡且在穿过原子蒸汽泡后的光路上设有第五全反射镜，第五全反射镜的反射光路上顺次设有第二四分之一波片和第二偏振分束棱镜，第二偏振分束棱镜的透射光路上设有光电探测器；光电探测器的信号输出端连接有示波器；所述第二反射镜的反射光路与经凸透镜汇聚后的激光在原子蒸汽泡内尽可能多的重合。