Spectroscopy and Control of Cold Holmium Atoms for Quantum Information and Quantum Optics

用于量子信息和量子光学的冷钬原子的光谱学和控制

基本信息

  • 批准号:
    0969883
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 41万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    美国
  • 项目类别:
    Continuing Grant
  • 财政年份:
    2010
  • 资助国家:
    美国
  • 起止时间:
    2010-06-01 至 2013-05-31
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

This project will demonstrate laser cooling and optical trapping of an atomic species with a very complex internal structure, the rare earth element Holmium (Ho). Ho has a 128 dimensional ground state manifold, the largest of any stable atomic isotope. Experiments will demonstrate control of the quantum state within this manifold using tunable, single frequency lasers, and make basic spectroscopic measurements of several properties of Ho. These measurements are motivated by two high impact applications. The first is the possibility of using collective encoding in the internal hyperfine states of Ho to define a 60 qubit quantum register. Measurements will be performed to validate the feasibility of this idea which would have a large impact on the field of quantum computing. The second application is the possibility of achieving negative refractive index in a gas of Ho atoms at a wavelength shorter than 1 micron due to the presence of near degenerate electric dipole and magnetic dipole transitions. Spectroscopic measurements will be performed to validate the feasibility of achieving neagative refractive index in Ho. Achieving such short wavelength negative refractive index with low absorption losses would have a large impact for photonics applications including superlensing and optical cloaking. The broader impacts of the project are twofold. First, this research is an important step towards realizing a scalable quantum processor that exceeds the capabilities of conventional classical computers. The availability of such a device has the potential for transforming the state of the art in areas which include numerical mathematics, information security, and simulation of quantum systems related to the development of new, technologically valuable materials. In addition the achievement of negative refractive index at short wavelengths could have a large impact for imaging and cloaking technologies that are important in many fields including engineering, and biological imaging. Second, the research program will contribute to the training of students for careers in science and engineering. Training will occur via direct participation in the University based research program. We will also inform the local community about the importance of atomic physics to information technology, and new developments in the area of photonics. Outreach to the public will be facilitated by public visiting days at the UW Madison Physics department, laboratory tours, and participation in local media programs.
该项目将证明具有非常复杂的内部结构(稀土元素)(HO)的原子种类的激光冷却和光学诱捕。 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。实验将使用可调的单个频率激光器在此流形中证明对量子状态的控制,并对HO的几种特性进行基本的光谱测量。这些测量是由两个高影响应用程序激励的。首先是使用在HO内部超细状态中使用集体编码来定义60量子量子寄存器的可能性。将进行测量以验证该想法的可行性,这将对量子计算领域产生很大的影响。第二个应用是由于存在接近退化的电偶极子和磁偶极转变,因此在HO原子气体的气体气体中实现负折射率的可能性。将进行光谱测量值,以验证在HO中实现不断屈光指数的可行性。实现如此短的波长负屈光度指数,而吸收损失较低,将对光子疗法的应用产生巨大影响。该项目的更广泛影响是双重的。首先,这项研究是实现超过常规古典计算机功能的可扩展量子处理器的重要一步。这种设备的可用性有可能在包括数值数学,信息安全性以及与新的,技术有价值的材料开发有关的量子系统中转换最新技术的可能性。此外,在短波长下实现负折射率可能会对成像和掩盖技术产生巨大影响,这些技术在包括工程和生物成像在内的许多领域都很重要。其次,该研究计划将有助于培训学生在科学和工程领域的职业。培训将通过直接参与基于大学的研究计划进行。我们还将告知当地社区原子物理学对信息技术的重要性以及光子学领域的新发展。西澳大学麦迪逊大学物理部,实验室旅行以及参加当地媒体计划的公众访问日将促进向公众推广。

项目成果

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