Quantum Coherence with Holmium Atoms: Magic Traps, Clocks, and Entanglement
钬原子的量子相干性:魔法陷阱、时钟和纠缠
基本信息
- 批准号:1707854
- 负责人:
- 金额:$ 51万
- 依托单位:
- 依托单位国家:美国
- 项目类别:Continuing Grant
- 财政年份:2017
- 资助国家:美国
- 起止时间:2017-08-01 至 2021-07-31
- 项目状态:已结题
- 来源:
- 关键词:
项目摘要
This research project will study the properties of holmium atoms. The holmium atom has one of the most complex internal structures of any element, and therefore could be valuable for several new technologies. This research team will explore how holmium's complex structure can be used to develop new methods for atomic timekeeping and for quantum memory. The first application is important because atomic clocks are the most accurate time and frequency standards, and they provide the basis for technologies such as the Global Positioning System (GPS). The second application is important because it could help enable quantum communication networks. Experimental methods using lasers and electromagnetic fields will be developed to cool and trap holmium atoms, to prepare them in different internal states, and to measure interactions between holmium atoms. This will enable the research team to make more precise measurements of holmium atoms' collisional properties and the sensitivity to magnetic fields for various transitions between holmium atomic energy levels. This project will also train scientists in modern techniques of atomic physics and prepare students for careers in academia and industry. The results of this research will be disseminated to the local public in the Madison, Wisconsin, area through open houses in the Physics dDpartment, through visits to local schools, and by providing internships for local high school students. The rare earth element Holmium (Ho) has a 128-dimensional ground state manifold, the largest of any stable atomic isotope. Experiments will use a Magneto-Optical Trap of Ho atoms. Optical control techniques using rf and microwave fields will be developed to prepare specific Zeeman substates in the 128-dimensional ground manifold. A pair of states to be used for an optical clock transition will be magnetically trapped in a configuration that makes the energy difference of the states insensitive to magnetic field noise. An array of magnetic traps will be created using lithographically defined chip structures with current carrying wires. Rydberg states will be probed using two-photon excitation, and dressing techniques for creating long range atomic interactions will be studied. These techniques have the potential to create entangled many body states for improved precision of the clock transition.
该研究项目将研究霍米原子的特性。 HOUNMIUM ATOM具有任何元素中最复杂的内部结构之一,因此对于几种新技术可能是有价值的。 该研究团队将探讨如何使用Holmium的复杂结构来开发用于原子计时和量子记忆的新方法。 第一个应用很重要,因为原子钟是最准确的时间和频率标准,它们为诸如全球定位系统(GPS)等技术提供了基础。 第二个应用程序很重要,因为它可以帮助启用量子通信网络。 使用激光和电磁场的实验方法将开发以冷却和捕获型原子,以使其在不同的内部状态中做好准备,并测量霍米原子之间的相互作用。这将使研究团队能够更精确地测量霍尔米原子的碰撞特性,以及对磁场对元素原子能水平之间各种过渡的敏感性。 该项目还将培训科学家的现代原子物理技术,并为学生准备学术界和工业的职业做好准备。这项研究的结果将通过物理DDPartment中的开放式房屋,通过访问当地学校,并为当地的高中生提供实习,将这项研究的结果传播给威斯康星州麦迪逊市的当地公众。稀土元素荷兰(HO)具有128维的基态歧管,这是任何稳定的原子同位素中最大的。实验将使用HO原子的磁光陷阱。将开发使用RF和微波场的光学控制技术,以准备128维地面歧管中的特定Zeeman取代。一对用于光学时钟过渡的状态将被磁性陷入磁性,这使得状态对磁场噪声不敏感的能量差异。将使用带有电流携带电线的石器定义的芯片结构来创建一系列磁陷阱。 Rydberg状态将使用两光子激发进行探测,并将研究用于创建远距离原子相互作用的敷料技术。这些技术有可能创建纠缠的许多身体状态,以提高时钟过渡的精度。
项目成果
期刊论文数量(6)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)
Optical dipole trapping of Holmium
钬的光学偶极子捕获
- DOI:
- 发表时间:2019
- 期刊:
- 影响因子:0
- 作者:Yip, Christopher;Booth, Donald;Zhou, Huaxia;Collett, Jeffrey;Saffman, Mark
- 通讯作者:Saffman, Mark
Spectroscopy of a narrow cooling transition in Holmium
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- DOI:
- 发表时间:2021
- 期刊:
- 影响因子:0
- 作者:Yip, C;Saffman, M
- 通讯作者:Saffman, M
Quantum information with Rydberg excited atoms1
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- DOI:
- 发表时间:2019
- 期刊:
- 影响因子:0
- 作者:Saffman, M.
- 通讯作者:Saffman, M.
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- DOI:10.1103/physreva.97.022508
- 发表时间:2017-11
- 期刊:
- 影响因子:2.9
- 作者:Francis Robicheaux;Francis Robicheaux;Donald Booth;M. Saffman
- 通讯作者:Francis Robicheaux;Francis Robicheaux;Donald Booth;M. Saffman
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