室温下的长寿命巨型圆形里德伯原子
大角动量带来的稳定性在自然界中普遍存在,其例证涵盖经典力学、光学、化学直至核物理领域。在原子系统中,角动量可通过选择定则保护激发态电子轨道免于衰变,这种现象在高激发里德伯态中表现得尤为显著。低角动量的里德伯态正是中性原子量子计算、量子模拟与量子传感领域近期突破的核心。在这些应用中,里德伯能级的寿命直接决定了量子门保真度、相干时间及光谱精度的理论极限。为延长里德伯态寿命,研究者着力于实现环形里德伯原子的制备、相干操控与囚禁——这类原子具有理论允许的最大电子轨道角动量,曾为诺奖级的单原子单光子实验奠定基础。本工作报道了囚禁单个环形里德伯原子的实验观测结果,其寿命突破10毫秒,较已建立的低角动量轨道寿命提升两个数量级。该成果通过室温环境下黑体辐射模式的珀塞尔抑制效应实现。研究人员首次对主量子数高达n=103的环形里德伯能级实现相干操控(该参数范围此前难以企及),并观测到数百毫秒量级的光镊囚禁效应。该研究为结合超长寿命与巨型里德伯阻塞效应的量子信息处理及传感技术开辟了道路。
量科快讯
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