高级搜索

速度扫描层析技术及其在室温量子模拟中的应用

,  ,  , 

downloadPDF

上一篇

下一篇

王洁菲, 徐兴奇, 蔡晗, 王大伟. 2025: 速度扫描层析技术及其在室温量子模拟中的应用, 物理, 54(10): 691-697. doi: 10.7693/wl20251003
引用本文: 王洁菲, 徐兴奇, 蔡晗, 王大伟. 2025: 速度扫描层析技术及其在室温量子模拟中的应用, 物理, 54(10): 691-697. doi: 10.7693/wl20251003
shu
WANG Jie-Fei, XU Xing-Qi, CAI Han, WANG Da-Wei. 2025: Velocity scanning tomography and its application in room-temperature quantum simulation, Physics, 54(10): 691-697. doi: 10.7693/wl20251003
Citation: WANG Jie-Fei, XU Xing-Qi, CAI Han, WANG Da-Wei. 2025: Velocity scanning tomography and its application in room-temperature quantum simulation, Physics, 54(10): 691-697. doi: 10.7693/wl20251003
shu

速度扫描层析技术及其在室温量子模拟中的应用

  • 1 浙江大学物理学院 全省微纳量子芯片与量子调控重点实验室 极端光学技术与仪器全国重点实验室 杭州 310027;

  • 2 浙江大学光电科学与工程学院 杭州 310027;

  • 3 合肥国家实验室 合肥 230088

    • 通讯作者: 徐兴奇,email:xuxingqi@zju.edu.cn;  蔡晗,email:hancai@zju.edu.cn;  王大伟,email:dwwang@zju.edu.cn

Velocity scanning tomography and its application in room-temperature quantum simulation

  • 1 State Key Laboratory for Extreme Photonics and Instrumentation, Zhejiang Key Laboratory of Micro-Nano Quantum Chips and Quantum Control, School of Physics, Zhejiang University, Hangzhou 310027, China;

  • 2 College of Optical Science and Engineering, Zhejiang University, Hangzhou 310027, China;

  • 3 Hefei National Laboratory, Hefei 230088, China

    • Corresponding authors: XU Xing-Qi ;  CAI Han ;  WANG Da-Wei

  • 摘要: 在室温原子体系中，热运动引起的多普勒效应会导致能级的非均匀展宽，传统上被视为阻碍量子调控的经典噪声。文章介绍了一种原子速度扫描层析技术，可对多普勒展宽原子进行速度分辨的光谱学测量，从而在室温条件下实现量子模拟。在这项技术中，当原子在周期性耦合光场中运动时，其缀饰态会积累几何相位，并表现为反常多普勒频移，通过选择性地探测不同速度原子的频移，建立了由几何相位测量到拓扑不变量提取的完整技术路径。由此，原子热运动不再是噪声，而被转化为可调控的资源，用于超辐射晶格量子模拟。这一方法为室温原子中的拓扑物理研究提供了新思路并具有广泛适用性，可为量子传感、量子存储及量子功能器件的研发提供关键支撑。
    Abstract: In room-temperature atomic systems, thermal motion induces Doppler broadening of energy levels, which has traditionally been regarded as classical noise hindering quantum control. Here we introduce the velocity scanning tomography technique that enables velocity-resolved spectroscopy of Doppler-broadened atoms, allowing quantum simulation under ambient conditions. We show that when atoms move in a spatially-periodic optical field, their dressed states acquire a geometric phase that appears as an anomalous Doppler shift. By selectively probing the shifts of atoms at different velocities, we establish the route from geometric-phase measurement to the extraction of topological invariants. Thus, thermal motion is no longer noise but becomes a controllable resource for quantum simulation in super-radiance lattices. This approach signifies a new avenue for investigating topological physics in room-temperature atomic systems, and provides a broad basis for the development of quantum sensing, quantum memory and quantum devices.
  • 加载中
  • 郭光灿. 物理，2019，48：464
    Deutsch I H. PRX Quantum，2020，1：020101
    Lamb Jr W E. Phys. Rev.，1964，134：1429
    Bennett Jr W. R. Phys. Rev.，1962，126：580
    Hänsch T W，Shahin I S，Schawlow A L. Rev. Mod. Phys.，1972， 235：63
    Kocharovskaya O A，Khanin Y I. Sov. Phys. JETP，1986，63：945
    Boller K J，Imamoğlu A，Harris S E. Phys. Rev. Lett.，1991，66： 2593
    Wang J，Mao R，Xu X et al. Phys. Rev. Lett.，2024，133：183403
    de Riedmatten H，Afzelius M，Staudt M U et al. Nature，2008， 456：773
    Afzelius M，Usmani I，Amari A et al. Phys. Rev. Lett.，2010， 104：040503
    Zhang S，Hu Y，Lin G et al. Nat. Photon.，2018，12：744
    Liu X，Wang J，Mao R et al. Phys. Rev. Lett.，2025，134：193602
    Berry M V. Proc. R. Soc. Lond. A，1984，392：45
    Scully M O，Fry E S，Ooi C H et al. Phys. Rev. Lett.，2006，96： 010501
    Scully M O，Svidzinsky A A. Science，2009，325：1510
    Wang D W，Liu R B，Zhu S Y et al. Phys. Rev. Lett.，2015，114： 043602
    Su W P，Schrieffer J R，Heeger A J. Phys. Rev. Lett.，1979，42： 1698
    Zak J. Phys. Rev. Lett.，1989，62：2747
    Xiao D，Chang M C，Niu Q. Rev. Mod. Phys.，2010，82：1959
    Atala M，Aidelsburger M，Barreiro J T et al. Nat. Phys.，2013， 9：795
    Mao R，Xu X，Wang J et al. Light Sci. Appl.，2022，11：291
    Wannier G H. Phys. Rev.，1960，117：432
    Wilkinson S R，Bharucha C F，Madison K W et al. Phys. Rev. Lett.，1996，76：4512
    Abanin D A，Kitagawa T，Bloch I et al. Phys. Rev. Lett.，2013， 110：165304
    Alexandradinata A，Dai X，Bernevig B A. Phys. Rev. B，2014， 89：155114
    Thouless D J，Kohmoto M，Nightingale M P et al. Phys. Rev. Lett.，1982，49：405
    Haldane F D M. Phys. Rev. Lett.，1988，61：2015
    Jotzu G et al. Nature，2014，515：237
    Zhao W et al. Nat. Phys.，2024，20：275
    Wang J et al. 2025，arXiv：2509.08411
  • 加载中
计量
  • 文章访问数:  409
  • HTML全文浏览数:  409
  • PDF下载数:  11
  • 施引文献:  0
出版历程
  • 收稿日期:  2025-08-27

速度扫描层析技术及其在室温量子模拟中的应用

    通讯作者: 徐兴奇,email:xuxingqi@zju.edu.cn; 
    通讯作者: 蔡晗,email:hancai@zju.edu.cn; 
    通讯作者: 王大伟,email:dwwang@zju.edu.cn
  • 1 浙江大学物理学院 全省微纳量子芯片与量子调控重点实验室 极端光学技术与仪器全国重点实验室 杭州 310027;
  • 2 浙江大学光电科学与工程学院 杭州 310027;
  • 3 合肥国家实验室 合肥 230088
  • 收稿日期:  2025-08-27

摘要: 在室温原子体系中，热运动引起的多普勒效应会导致能级的非均匀展宽，传统上被视为阻碍量子调控的经典噪声。文章介绍了一种原子速度扫描层析技术，可对多普勒展宽原子进行速度分辨的光谱学测量，从而在室温条件下实现量子模拟。在这项技术中，当原子在周期性耦合光场中运动时，其缀饰态会积累几何相位，并表现为反常多普勒频移，通过选择性地探测不同速度原子的频移，建立了由几何相位测量到拓扑不变量提取的完整技术路径。由此，原子热运动不再是噪声，而被转化为可调控的资源，用于超辐射晶格量子模拟。这一方法为室温原子中的拓扑物理研究提供了新思路并具有广泛适用性，可为量子传感、量子存储及量子功能器件的研发提供关键支撑。

English Abstract

    全文HTML

参考文献 (30)

目录

/

返回文章
返回