单个原子空间演化中的量子芝诺效应

《Nature Communications》：Quantum Zeno effect in the spatial evolution of a single atom

　　

摘要

量子芝诺效应表明，频繁的测量可以抑制量子态的演化；然而，测量对单个原子在实空间中的运动的影响在实验上尚未得到充分研究。在本研究中，我们利用光学陷阱作为测量脉冲，并通过监测原子的丢失情况，直接观察了单个原子在实空间运动中的量子芝诺效应。我们发现，测量对原子的作用包括一次投影测量，随后是周期性的幺正演化，这为不同时间尺度上的测量反作用提供了直观的物理图像。进一步地，我们研究了测量频率、强度和空间位置的影响，发现测量脉冲不仅能够抑制量子态的空间扩散，还能实现特定运动状态的确定性制备。此外，通过动态控制陷阱的位置，我们实现了由测量引发的单个原子的定向传输，其速度超过了绝热条件所允许的最大值。总体而言，我们的研究结果直接展示了实空间中的量子芝诺效应，并为基于测量的原子运动控制提供了通用框架，为冷原子系统中的运动状态调控开辟了新的可能性。