[1] 基于光晶格超冷原子与极性分子的量子显微实验研究

超冷分子的量子调控是新科学前沿，它传承与离子、原子等物质的激光冷却与量子调控，但是由于分子自身的特殊性质，又带来很多新的可能性。相对于超冷原子，由不同质量原子组成的极性分子具有永久电偶极矩，这使得分子之间能够产生长程偶极相互作用；这个类型的相互作用使得物理学家能够在实验室自下而上人工构造更贴近实际物理材料的量子多体模型，成为物理学研究的一大利器。超冷分子的冷却制备、稳定碰撞、蒸发冷却、相干调控、高效探测等曾经一直是该领域的实验瓶颈，但是近年来陆续取得技术上的突破。 目前，我们的实验平台致力于突破传统超冷原子分子实验体系的局限，比如无法产生真空内大且均匀的直流电场，无法对两种原子元素同时进行晶格单格点分辨的荧光成像。我们已发展一系列原子和分子单量子调控和测量的技术，实现低熵值超冷极性分子气体的制备，以期能够在长程相互作用多体物理系统这个物理学新领域实现实验突破。研究方向介绍文献：

[1] M. A. Baranov, M. Dalmonte, G. Pupillo and P. Zolle. Condensed Matter Theory of Dipolar Quantum Gases. Chemical Review 112, 5012-5061 (2012)

[2] John L. Bohn, Ana Maria Rey, Jun Ye. Cold molecules: Progress in quantum engineering of chemistry and quantum matter. Science 357, 1002-1010 (2017)

课题组论文发表：

[1] Ji-Kai Liao, Hao-Ran Zhang, Xiao-Rong Yu, Ya-Qun Qi, Yi-Cheng Guo, Bo Zhao, Jun Rui, Jian-Wei Pan. Preparation of quasi-two-dimensional Bose mixture of ultracold 23Na and 87Rb atoms. arXiv:2604.18072 (2026, accepted by Physical Review A)

[2] 基于锶原子大规模光镊阵列的量子模拟与量子计算实验研究

光镊原子阵列是里德堡长程多体物理研究的理想平台[3,4]。其中相邻里德堡态通过微波光子虚交换过程能产生很强的偶极长程相互作用，该物理机制蕴含了丰富的长程多体量子物理现象。不同于常规的碱金属原子，锶原子最外层具有两个电子，因此锶原子里德堡态可以通过离子核囚禁而被光镊势阱束缚，这使得锶里德堡态可实现的相干演化时间能够显著优于碱金属原子，这为偶极长程自旋输运、量子自旋液体等重要物理问题的研究提供了重要平台。此外，锶原子存在单重和三重两套近乎独立的电子能级，其中基态1S0与3P0亚稳态双重禁界、理论线宽为零，光镊装载的锶原子阵列能够利用其钟态跃迁进行单原子级别的量子精密测量研究[1,2]。由于Sr88原子没有核自旋，其里德堡能级极其纯净，同时单光子跃迁强度大，这使得Sr88原子在贝尔态保真度、两比特量子门保真度都极具优势。利用Sr88原子的里德堡长程耦合配合钟态跃迁，可以实现钟跃迁自旋压缩[2]、纠缠增强光钟[4]等量子增强精密测量重要应用。

研究方向参考文献：

[1] Norcia et al., Seconds-scale coherence on an optical clock transition in a tweezer array. Science 366, 93-97 (2019)

[2] Eckner et al., Realizing spin squeezing with Rydberg interactions in an optical clock. Nature 621, 734-739 (2023)

[3]  Chen et al., Continuous Symmetry Breaking in a Two-dimensional Rydberg Array. Nature 616, 691-695 (2022)

[4] Bornet et al., Scalable spin squeezing in a dipolar Rydberg atom array. Nature 621, 728-733 (2023)

课题组论文发表：

[1] Zhou-Chen Deng⁺, Hao-Nan Lin⁺, Yu-Cheng Duan, Qi Zhang, Xiang-Can Cheng, Yang Liu, Zhao-Yang Yuan, Jie Li, Peng Liu, Zhan Wu, Chao-Yang Lu, Jun Rui, Jian-Wei Pan. Efficient photo-ionizing elimination of detrimental electric fields for Rydberg atoms. arXiv:2607.08418 (2026, submitted to Physical Review Applied)