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一种用于BEC自旋量子弱测量的方法及装置 

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摘要:本发明是关于一种用于BEC自旋量子弱测量的方法及装置。该装置包括:微波喇叭、BEC态的冷原子、反亥姆霍兹线圈、CCD相机。该方法利用微波波导辐射的微波,将真空设备中处于BEC态的冷原子制备到叠加态,利用Stern‑Gerlach测量,产生两团原子有较大重叠的第一原子团,利用微波喇叭、反亥姆霍兹线圈和Stern‑Gerlach测量使第一原子团分开为两组没有重叠的第二原子团,但是每组内的两团原子仍有较大部分重叠,通过CCD相机选取目标原子团吸收成像,获得自旋值。该方案基于超冷BEC原子操控的技术,利用微波可以迅速改变原子自旋态的特点,通过Stern‑Gerlach装置使原子团产生劈裂和干涉,可实现将原子团质心相对于中心位置的偏移放大提高,测量BEC超冷原子自旋的灵敏度,该方法操作简单,易于实现。

主权项:1.一种用于BEC自旋量子弱测量的方法,其特征在于,包括如下步骤:S1:利用喇叭型微波波导辐射的微波,将真空设备中处于BEC态的冷原子制备到叠加态后关闭微波;S2:利用反亥姆霍兹线圈产生的磁场,沿z方向进行第一强度的Stern-Gerlach测量,使两团不同自旋态的原子分开为两个原子团,以得到第一原子团,其中,两个原子团之间有重叠部分;S3:利用喇叭型微波波导辐射的微波作用到所述第一原子团上,并在改变第一原子团的自旋态后关闭微波;S4:利用反亥姆霍兹线圈产生的磁场,沿z方向进行第二强度的Stern-Gerlach测量,使所述第一原子团分开为两组没有重叠的原子团,以得到第二原子团;S5:通过CCD相机从两个第二原子团中选取出原子数少的目标原子团,并对所述目标原子团进行吸收成像,通过所述目标原子团的质心计算获得自旋值;通过所述目标原子团的质心计算获得自旋值的过程包括:S501:根据所述CCD相机获得的图像测量BEC冷原子团的密度分布;S502:根据图像中像素的每个位置的坐标和灰度值拟合质心位置;S503:根据电场强度和质心位置,利用第二计算公式计算获得所述目标原子团的自旋值;所述BEC态的冷原子的待测自旋态为Ψ,Ψ可表示为:Ψ=∑ici|Ψi,其中,|Ψi是自旋算符的本征态;所述自旋算符和所述本征态|Ψi的关系为所述BEC态的冷原子处于Ψ状态时,所述自旋算符的期望可表示为: 当∑i|ci|2·si.无法测量时,采用指针态来测量所述自旋算符的期望值;所述指针态为所述BEC态的冷原子的动量波函数;所述BEC态的冷原子的初始动量态为在BEC自旋量子弱测量过程中,哈密顿量为在所述步骤S503中,对所述自旋算符的期望值的测量转换为对波形质心位置偏移的测量;在所述步骤S503中,所述波形质心位置偏移的测量采用所述第二计算公式;所述第二计算公式为: 其中,∑i|ciφp-p0-gsi|2为动量概率分布;g为耦合强度或相互作用强度;si为的本征值;pi为波函数的动量分布;∫∑i|ciφp-p0-gsi|2dp为波函数概率分布。

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