芮俊
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科学研究
[1] 基于光晶格超冷极性分子阵列的长程多体量子模拟实验研究
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。超冷极性分子由两个质量不等的原子组成，由于其电子云分布不对称，使得它具有内秉电偶极矩，这使得极性分子之间可以自发形成长程(1/r^3)、偶极相互作用。极性分子电子、振动、转动的绝对基态具有长寿命，因此可以在光势阱或者光晶格中长时间巡游；其转动态和第一转动激发态可以编码自旋1/2体系，并且具有自发的长程自旋交换相互作用。因此量子简并的低熵值极性分子气体蕴含了很多超冷原子量子气体难以企及甚至无法实现的强关联多体物理现象，如Wigner晶体态、分数Mott绝缘体、超固态相、D波自旋单态超流等等。
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，特别是超冷分子曾普遍受困于短程化学碰撞损失，导致国内外超冷分子实验研究普遍经历了绝望之谷。但是近年来人们陆续取得技术上的突破，比如通过直流电场共振、微波屏蔽等方法构建分子长程碰撞势垒、实现分子气体蒸发冷却，或者发展窄跃迁魔术光波长技术大幅提升分子转动态相干时间，或者发展单原子分辨量子气体显微镜技术间接测量单个分子的位置和内态信息。得益于诸多实验技术的突破，国外研究组已经先后实现超冷极性分子的费米简并量子气(美国JILA，德国MPQ)和玻色爱因斯坦凝聚(美国Coulmbia)这两个关键里程碑，学术界已经重拾了对超冷极性分子的研究信心。
Nature Physics杂志在2024年5月16日刊登了四篇超冷分子领域的系列综述文章，总结了该领域近十年来的重要进展以及对未来的展望，为公众提供了一个对该领域的全览。这四篇综述分别为：
[制备与调控] Quantum state manipulation and cooling of ultracold molecules
[量子化学] Ultracold chemistry as a testbed for few-body physics
[量子模拟] Quantum computation and quantum simulation with ultracold molecules
[量子传感] Quantum sensing and metrology for fundamental physics with molecules
更早之前对该领域的回顾综述文章还有如下：
Bohn et al., Cold molecules: Progress in quantum engineering of chemistry and quantum matter, Science 357, 1002-1010 (2017)
Moses et al., New frontiers for quantum gases of polar molecules, Nature Physics 13, 13-20 (2017).
目前，我们的实验平台致力于实现低熵值超冷极性单分子阵列的制备，综合发展原子和分子单量子调控和测量的技术，以期能够在长程相互作用主导的多体物理系统这个物理学新领域实现一定的实验突破。
[2] 基于中性原子大规模光镊阵列的量子模拟与量子计算实验研究
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