[发明专利]一种时空调制自旋-轨道耦合分布结构的方法及装置

说明书

本发明公开了一种时空调制自旋‑轨道耦合分布结构的方法及装置，该装置包括真空结构和激光产生结构；真空结构，用于捕获控制超冷原子气体和目标超冷原子气体，其中，控制超冷原子气体和目标超冷原子气体之间存在自旋‑交换相互作用；激光产生结构，用于在真空结构中产生多个不同激光束，用以制备控制超冷原子气体的光学势阱，对控制超冷原子气体的时空密度分布进行调控，以在目标超冷原子气体中产生时空调制的自旋‑轨道耦合强度分布。本发明通过光学势阱对控制超冷原子气体的密度进行直接调控，对目标超冷原子气体中的有效自旋‑轨道耦合进行间接调控，本发明提供的装置结构简洁且动态可调，适用性强。

技术领域

本发明实施例涉及超冷原子量子气体技术领域，尤其涉及一种时空调制自旋-轨道耦合分布结构的方法及装置，具体涉及一种通过改变控制超冷原子气体密度在目标超冷原子气体内部诱导出时空依赖的有效自旋-轨道耦合效应的方法及装置。

背景技术

自20世纪初以来，量子态和现象一直令人着迷。除了对这些新现象的内在兴趣外，量子相关概念的应用还导致了现代量子相关技术的发明，例如激光、磁共振成像、量子气体钟和超导量子干涉装置。作为一种简单、原始且最容易控制的量子系统，超冷原子量子气体越来越受到不同研究界的关注。中性量子气体中合成规范场的出现使超冷原子平台能够模拟量子新状态，尤其是与自旋轨道耦合相关的量子现象。自旋轨道耦合玻色子和费米子的量子气体都已通过实验实现。有了这些成就，就可以很容易地研究一些有趣的量子态，如量子自旋霍尔效应、超固体、拓扑超导和超流体。所有这些状态都有可能在未来的量子技术中找到应用。例如，马约拉纳费米子表现出更接近非阿贝尔任意子的统计行为，这对于开发具有编织和操作的通用量子门至关重要。

然而，在人工自旋-轨道耦合的双光子拉曼跃迁方案中，原子质量小的碱原子倾向于遭受光致加热问题。升温速率和拉曼耦合比例相同，难以抑制升温。此外，实现时空调制的自旋-轨道耦合效应也是超冷原子气体领域的重要挑战。

针对这一难题，本发明提出借助以自旋-交换相互作用为媒介，以调控控制超冷原子气体密度为手段，在目标超冷原子内部实现时空依赖的自旋-轨道耦合效应。

发明内容

上实现上述目的，本发明提供了一种时空调制自旋-轨道耦合分布结构的方法及装置，通过光学势阱对控制超冷原子气体的密度进行直接调控，对目标超冷原子气体中的有效自旋-轨道耦合进行间接调控，本发明提供的装置结构简洁且动态可调，适用性强。

第一方面，本发明提提供了一种时空调制自旋-轨道耦合分布结构的装置，该装置包括真空结构和激光产生结构；

真空结构，用于捕获控制超冷原子气体和目标超冷原子气体，其中，控制超冷原子气体和目标超冷原子气体之间存在自旋-交换相互作用；

激光产生结构，用于在真空结构中产生多个不同激光束，用以制备控制超冷原子气体的光学势阱，对控制超冷原子气体的时空密度分布进行调控，以在目标超冷原子气体中产生时空调制的自旋-轨道耦合强度分布。

在一个可能的实现方式中，装置还包括气体减速结构，用于在真空结构捕获控制超冷原子气体和目标超冷原子气体前，对控制超冷原子气体和目标超冷原子气体进行减速。

在一个可能的实现方式中，控制超冷原子为加热效应不明显的碱金属原子，目标超冷原子为加热效应明显的碱金属原子，其中，当拉曼光的拉比频率与非弹性散射率比值不大于10³时加热效应明显。

在一个可能的实现方式中，激光产生结构包括激光源和多个激光束口，其中，多个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；

激光源分别在第一激光漱口和第二激光束口产生y和z坐标轴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，分别控制目标超冷原子气体与控制超冷原子气体被束缚在激光形成的光学势阱中，以实现目标超冷原子气体与控制超冷原子气体的x方向的一维棒状结构；