碱金属原子中超精细耦合电子与核自旋的量子控制

我们研究了基于施加射频和微波场对碱金属原子基电子态中完整超精细流形的量子控制。此类相互作用应允许本质上无退相干的动力学，并应用为 NMR 波谱学开发的鲁棒控制技术。我们确立了系统在可控意义上的条件，即可以在系统上生成任意幺正变换。我们将此应用于 $^{133}$Cs 的情况，其在 $6S_{1/2}$ 态具有 $d=16$ 维磁子能级希尔伯特空间，并设计了控制波形以从初始基准态生成任意目标态。我们为此空间开发了一种广义 Wigner 函数表示，该空间由 SU(2) 的两个不可约表示的直和组成，使我们能够可视化这些态。根据不同控制场景在可用资源下于 allotted 时间内生成高保真度操作的能力来评估其性能。我们发现与适度实验室要求相符的良好工作点。