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芯片上的冷原子：打开可访问量子研究的门
在一篇受邀请的文章中，该文章也被选为Optica Quantum，Blumenthal的封面，以及研究生研究员Andrei Isichenko和博士后研究员Nitesh Chauhan，提出了最新的发展和未来的方向，以诱捕和冷却这些原子，这些原子对这些实验至关重要，这些原子将为这些实验带来适合他们的武器。
纠缠超过33）km电信纤维
量子网络有望为许多破坏性应用提供基础架构，例如EOCIENT长距离量子通信和分布式量子计算1,2。这些网络的中心是使用光子通道之间在遥远节点之间分布纠缠的能力。最初开发用于量子传送3,4和Bell9s不平等的无漏洞测试5,6，最近也对电信FBR进行了纠缠分布，并回顾性7,8。然而，为了完全使用长距离量子网络链接的纠缠，必须知道它在纠缠状态衰变之前在节点上可用。在这里，我们证明了在FBRE链路上产生的两个独立捕获的单个rubidium原子之间的纠缠，长度高达33）km。为此，我们在建筑物400）中的两个节点中生成Atom3photon纠缠，并使用极化量子化的量子频率转换9。长FBR将光子引导到钟形测量设置，其中成功的光子投影测量预示了原子10的纠缠。我们的结果表明，纠缠分布在电信FBRE链接上的可行性有用，例如，对于独立于设备的量子键分布11313和量子中继器协议。提出的工作代表了实现大规模量子网络链接的重要步骤。
补充信息：使用中性原子并行实现高保真多量子比特门
我们使用 795 nm 拉曼激光器驱动量子比特状态之间的跃迁，该激光器从 5 S 1 / 2 到 5 P 1 / 2 跃迁红失谐 2 π × 100 GHz。我们将激光器耦合到基于光纤的 Mach-Zehnder 强度调制器 (Jenoptik AM785)，该调制器在最小透射附近进行直流偏置。调制器以量子比特频率的一半 (ω 01 = 2 π × 6.83 GHz) 驱动，从而产生 ± 2 π × 3.42 GHz 的边带，而载波和高阶边带受到强烈抑制。与其他通过相位调制产生边带然后使用自由空间光腔或干涉仪单独抑制载波模式的方法相比，这种方法在一天的时间尺度上是被动稳定的，无需任何主动反馈。拉曼激光沿着原子阵列排列（与 8.5 G 偏置磁场共线），并且 σ +
冷原子在空间中的应用：从保持时间到基本物理
•通过无线电跟踪对航天器的轨道测定有助于测量天体的重力。•确定行星的内部组成（包括月亮）。•非重力力限制了重力恢复。•AI在板上航天器可以用作理想的测试质量，以消除此类干扰。•更好的行星科学（参见bepicolombo）
原子、分子、固体、原子核和粒子的量子物理学，第二版。
自本书第一版出版以来，量子系统物理学领域取得了许多进展，特别是在基本粒子领域，这使得编写第二版的必要性显而易见。在编写第二版时，我们向那些我们知道在课程中使用本书的教师征求了建议（也向那些我们知道没有使用本书的教师征求了建议，以了解他们对本书的反对意见）。第一版广受欢迎，这使我们能够广泛征求意见，了解使第二版更加有用的方法。我们无法对所有收到的建议采取行动，因为有些建议与其他建议相冲突，或者由于技术原因无法实施。但我们确实对这些建议的普遍共识做出了回应。许多第一版的用户认为，应该在本书中添加新主题，通常是量子力学中更复杂的方面，例如微扰理论。但也有人说，第一版的水平非常适合他们教授的课程，不应该改变。我们决定通过在新版本中以新附录的形式添加材料来尝试满足这两组人的需求，但是我们这样做的目的是保持附录和正文的分离，这是原版的特点。更高级的附录很好地整合在正文中，但这是一种单向的，而不是双向的整合。阅读这些附录之一的学生会发现正文中有很多地方提到了发展的动机和使用其结果的地方。另一方面，如果学生因为课程水平较低而没有阅读附录，他不会因为正文中有很多地方提到他不使用的附录中的材料而感到沮丧。相反，他只会在正文中找到一两个简短的括号陈述，告诉他存在一个与正文中处理的主题有关的可选附录。第二版中新增或有重大改动的附录有：附录 A，狭义相对论（增加了一些实例并简化了一个重要计算）；附录 D，波群的傅里叶积分描述（新）；附录 G，方阱势下时间无关薛定谔方程的数值解（完全重写，包含一个在微型计算机上求解二阶微分方程的 BASIC 通用程序）；附录 J，时间无关微扰理论（新）；附录 K，时间相关微扰理论（新）；附录 L，玻恩近似（新）；附录 N，单电子原子的角和径向方程的级数解（新）；附录 Q，晶体学（新）；附录 R，经典和量子机械电磁学中的规范不变性（新）。许多附录（包括新旧附录）的末尾都添加了习题集。特别是，附录 A 现在包含一套简短但全面的习题集，供以相对论为主题开始“现代物理”课程的教师使用。
利用芯片上的超冷捕获原子进行交流和直流塞曼干涉传感
本论文介绍了基于交流塞曼势能的芯片捕获原子干涉仪的开发进展。原子干涉仪是一种高精度测量工具，可以检测各种类型的力和势能。本论文介绍的捕获原子干涉仪针对的是传统弹道原子干涉仪的缺点，传统弹道原子干涉仪通常高度为米级。值得注意的是，捕获原子干涉仪具有局部原子样本、可能更长的干涉相位积累时间，并有望成为更紧凑仪器的基础。本论文介绍了基于交流塞曼势能和陷阱的捕获原子干涉仪的多个开发项目：1）在芯片上生产超冷钾，2）芯片陷阱中的势能粗糙度理论，3）微波芯片陷阱设计，4）基于激光偶极子陷阱和交流塞曼力的铷原子捕获原子干涉仪。 (1) 钾具有玻色子和费米子同位素、多个“魔”磁场，而且易于射频和微波捕获，是原子干涉仪的良好候选材料。对激光冷却和捕获系统进行了升级，以提高芯片陷阱中钾原子的温度和数量。芯片冷却导致了显著的非弹性损失，从而阻止了钾玻色-爱因斯坦凝聚体的产生。（2）芯片导线缺陷的数值模拟预测交流塞曼捕获势应该比直流塞曼捕获势平滑得多：粗糙度的抑制是由于磁极化选择规则和交流趋肤效应。（3）此外，本论文对构成交流塞曼陷阱微波原子芯片构建块的直和弯微带传输线进行了一系列研究。 (4)最后，我们构建了一个基于铷原子的拉姆齐干涉仪，通过施加自旋相关的交流塞曼力，该干涉仪可以转换为原子干涉仪：利用干涉仪测量直流和交流塞曼能量偏移，并在交流塞曼力的作用下观察条纹。
拍瓦的惊人威力 第一台能分裂原子、产生反物质的激光器，
拍瓦激光器的聚焦功率密度接近 10 21 W/cm 2（几乎是每平方厘米上集中了十亿亿瓦的能量），能量密度为每立方厘米 300 亿焦耳，远远超过恒星内部的能量密度。相关的电场非常强，大约比将电子束缚在原子核上的电场强一千倍，它们将电子从原子中剥离出来，并将其加速到相对论速度（即与光速相当）。与传统粒子加速器相比，这种加速发生在微观尺度上。巨大的电场将巨大的“颤动”能量传递给等离子体中的自由电子，从而使一些电子失去振荡。这随后导致激光能量转换为电子热能，进而加热离子并形成致密的高温等离子体。
用于冷原子中两个正交极化的腔增强和长寿命光学存储器
摘要：光量子存储器的存储和检索效率 (SRE) 和寿命是扩大量子信息处理规模的两个关键性能指标。在这里，我们通过实验演示了用于冷原子集合中的两种极化的腔增强长寿命光学存储器。利用电磁感应透明 (EIT) 动力学，我们分别演示了左圆和右圆偏振信号光脉冲在原子中的存储。通过使信号和控制光束共线穿过原子并将信号光的两种偏振存储为两个磁场不敏感的自旋波，我们实现了长寿命 (3.5 毫秒) 的存储器。通过在冷原子周围放置一个低精度光学环腔，信号光和原子之间的耦合得到增强，从而导致 SRE 增加。所提出的腔增强存储表明 SRE 约为 30%，对应于固有 SRE 约为 45%。
通过微波驱动的自旋翻转阻塞在中性原子中纠缠量子逻辑门
里德堡偶极子阻塞已成为诱导中性原子量子比特之间纠缠的标准机制。在这些协议中，将量子比特态耦合到里德堡态的激光场被调制以实现纠缠门。在这里，我们提出了一种通过里德堡修饰和微波场驱动的自旋翻转阻塞来实现纠缠门的替代协议 [ 1 ]。我们考虑在铯的时钟状态中编码的量子比特的具体示例。辅助超精细态经过光学修饰，使其获得部分里德堡特性。因此，它充当代理里德堡态，具有充当阻塞强度的非线性光移。可以调制将量子比特态耦合到该修饰辅助态的微波频率场以实现纠缠门。为光学区域设计的逻辑门协议可以导入到这种微波区域，对此实验控制方法更为稳健。我们表明，与通常用于里德堡实验的强偶极子阻塞模式不同，采用中等自旋翻转阻塞模式可使门运行速度更快，里德堡衰变更小。我们研究了可以产生高保真度双量子比特纠缠门的各种操作模式，并描述了它们的分析行为。除了微波控制固有的稳健性之外，我们还可以设计这些门，使其对激光振幅和频率噪声更具稳健性，但代价是里德堡衰变略有增加。
超冷原子中通过耗散 Aharonov-Bohm 环进行可调非互易量子传输
1 浙江大学物理系量子信息交叉学科中心、现代光学仪器国家重点实验室、浙江省量子技术与器件重点实验室，杭州 310027 2 清华大学高等研究院，北京 100084 3 伊利诺伊大学香槟分校物理系，伊利诺伊州厄巴纳 61801-3080，美国 4 中国科学技术大学中国科学院量子信息重点实验室，合肥 230026 5 中国科学院量子信息与量子物理卓越创新中心，合肥 230026 6 南京大学先进微结构协同创新中心，南京 210093 7 中国科学院量子光学重点实验室，上海 200800