第1页共20页编号：时间：2021年x月x日书山有路勤为径，学海无涯苦作舟页码：第1页共20页项目名称：基于超冷原子、分子体系的新物态和量子仿真研究首席科学家：刘伍明中国科学院物理研究所起止年限：2011.1至2015.8依托部门：中国科学院第2页共20页第1页共20页编号：时间：2021年x月x日书山有路勤为径，学海无涯苦作舟页码：第2页共20页二、预期目标本项目的总体目标：超冷原子、分子物理及其量子调控技术关系到国家安全和未来高新科学技术的发展，在国民经济可持续发展战略中占有非常重要的地位。本项目紧密围绕量子调控的前沿领域，在已有的4个玻色—爱因斯坦凝聚实验平台上，发展新的量子调控手段和新的测量技术，构建传统方式难以实现的几何构型、维数、相互作用形式以及丰富内部自由度的可调控量子多体系统，发现新奇量子现象，研究新物态及其物理规律。通过建立超冷原子、分子凝聚体的实验平台，研究外加光场、磁场等与冷原子、分子体系的相互作用以及对量子态的调控。发展精密测量的新原理和新方法，进行量子仿真和新型量子器件研究。通过本项目的实施和课题组之间的有机合作，做出在国际上有影响的原创性工作，培养一批具有国际竞争力的创新人才，提升我国冷原子、分子物理的整体水平并使之步入国际先进行列，为我国在未来国际高新科学技术的激烈竞争中赢得一席之地做出重要的贡献。五年预期目标:（1）建立光晶格中超冷原子实验平台，掌握Feshbach共振改变原子间散射长度，以及光晶格的几何结构和维度调整的实验技术，发展光晶格中冷原子超辐射散射、Raman散射的高灵敏探测方法，实现光晶格系统中冷原子关联效应和动力学特性的量子调控。（2）实现一维光晶格中的自旋量子态，仿真Hubbard模型。揭示一维凝聚体从环状到铁磁态、反铁磁态以及二维凝聚体从奈尔态到自旋液体态、共线态的相变机理。（3）利用现有BEC装臵在光学调控自由度方面的优势，建立国际一流的低维量子体系的实验平台。同时发展超高空间分辨率的原位测量系统，搭建空间分辨率为2微米的光学吸收成像系统。（4）实现超冷原子气体的维度渡越，研究系统从无序向有序的转变过程，元激发从spinon到magnon的演化过程。通过操控外磁场，观测铁磁系统中磁畴的演化，以及涡旋等拓扑元激发的特性。产生无序势，调控延展态、局域态、玻色玻璃态。（5）建立简并原子气体的人造规范势实验平台；掌握阿贝尔/非阿贝尔人造规范势、新奇周期性有效磁场、高强度有效磁场的实验技术；实现人造规范势中简并原子气体的量子涡旋与涡旋晶格，明确玻色量子霍尔态、分数量子霍第3页共20页第2页共20页编号：时间：2021年x月x日书山有路勤为径，学海无涯苦作舟页码：第3页共20页尔态、阿贝尔/非阿贝尔任意子、磁单极子等拓扑态的实验机制；理论上掌握各种拓扑态的数值计算方法，结合实验研究各种拓扑态的基本性质。（6）基于人造规范势中简并原子气体的拓扑态，实现对分数量子霍尔效应的量子仿真应用；研究拓扑绝缘体的实验机制及其在信息存储方面的应用；基于阿贝尔和非阿贝尔任意子，研究其在拓扑量子计算方面的应用。（7）建立超冷极性分子的实验平台。实现混合气体的共同冷却、俘获和深度冷却，即实现Rb、Yb原子和Li、Cs原子的磁光阱和光偶极阱；在偶极阱中实现两种组份原子气体的共同俘获和深度冷却。在此基础上，利用两种原子间的超冷碰撞、光缔合、Feshbach共振等特性，探索获得超冷RbYb分子以及超冷LiCs分子的技术方法，获得超冷极性分子。（8）揭示超冷原子分子体系的量子关联特性，以及旋量简并气体中的激化催化自旋混合动力学行为和特征，发展基于原子—分子暗态的量子光存储与调控理论；掌握和发展超冷分子精密操控技术，为极性分子动力学、超冷化学等研究奠定基础。五年期间预期在国际一流与重要学术刊物上(例如Phys.Rev.)发表高质量的学术论文200篇以上，其中在Nature,Science,NaturePhysics和Phys.Rev.Lett.发表论文10篇以上，申请国家发明专利8项以上。培养5名左右国家杰出青年科学基金获得者、长江学者、百人计划、教育部新世纪人才等中青年学术带头人，培养60多名博士生和20多名博士后。第4页共20页第3页共20页编号：时...
