激光冷却的中性原子具有长的态相干时间，是量子计算、量子仿真、量子信息处理等研究领域的众多候选体系之一，对单个中性原子的操控是当前量子调控研究方面的难点和热点。中科院武汉物理与数学研究所/武汉国家光电实验室的原子芯片团队，在单原子量子调控研究方面取得重要进展。该团队利用空间光调制器实现了独特的单原子全息光阱阵列，从而成功实现了单个原子和单原子阵列的囚禁和操控。该全息光阱阵列是由拉盖尔-高斯光模式叠加之后形成的具有一维旋转对称性的环形晶格（图1）。通过播放全息位相影片对该晶格进行了动态的旋转操作，通过时间分辨荧光成像技术，成功地观测到了原子二维圆周运动的信号(图2)，实现了单原子、双原子在二维空间的旋转和单个光阱之间的受控转移。该项工作得到了科技部973项目的支持，研究结果发表在Optics Express上 (Optics Express, 17, 21007-21014, 2009 )。

图1 利用空间光调制器实现的的环形光晶格。a）从左到右依次为双阱、四阱和六阱的光强分布图。b）空间光调制器的全息位相图。


图2 单原子在环形光晶格中旋转的信号。a)光晶格旋转频率为15Hz；b)光晶格旋转频率为6Hz，前1秒钟有2个原子，后1秒只有1个原子；c) 光晶格旋转频率为6Hz，实线和虚线为空间的两个固定观测点看到的信号。