利用 ac Stark 位移实现 Rydberg 原子与芯片基超导微波共振器的相互作用

氦原子处于 1s50s $^3$S$_1$ Rydberg 能级时，被谐振地耦合到芯片基超导平面波导微波共振器第二谐波模的 $2\pi\times11.721$ GHz 模态。为实现此目标，通过第二强 $2\pi\times3.350$ GHz 微波 dressing 场引起的 ac Stark 位移，将 1s50s $^3$S$_1\rightarrow$ 1s50p $^3$P$_J$ 单光子电偶极允许跃迁调谐至共振器模态。借助对 Rydberg 态能级结构的 Floquet 计算，解释了该 dressing 场以及位于超导芯片表面附近原子位置处残余未消除直电场的影响。在观察利用该跃迁在 $1~\mu$s 原子-共振器相互作用时间内实现显著的受迫人口转移时，由于其电偶极矩为 $1500 e a_0$，向共振器中注入脉冲微波场。据这些条件下共振器模态的光子占据数，可估计该原子与共振器耦合的单光子 Rabi 频率约为 $\sim2\pi\times100$ Hz。这些结果代表了该 Rydberg 原子-超导电路界面在单光子强耦合 regime 下运行的重要一步。