我校郭光灿院士团队在光纤微腔的腔量子电动力学范畴获得重要发展。该团队李传锋、王健等人根据光纤微腔-铷原子体系初次试验观测到原子共振荧光中的双光子羁绊。该成果于2月5日宣布在世界闻名学术期刊《物理谈论快报》上。
共振荧光是二能级体系在被共振激起时辐射的光场，是最基本的量子光源，也是量子光学范畴的重要研讨内容。理论研讨标明，共振荧光中一起存在着弹性散射和非弹性散射两种成分，其中非弹性散射进程能够有两个光子参加，而且这两个光子处于能量-时刻羁绊态。但是因为非弹性散射进程发生概率低，且受限于原子线宽窄、软禁困难大以及荧光搜集功率低一级要素，原子共振荧光中的双光子羁绊现象尚未被试验所证明。
原子腔量子电动力学体系是研讨光与原子相互作用的抱负渠道，世界上该范畴的研讨首要集中于原子与光学腔的强耦合区域。李传锋、王健研讨组长时刻从事光纤微腔试验研讨，率先在国内搭建了完好的光纤微腔制备和使用渠道，开宣布一套作业在普塞尔（Purcell）区域的光纤微腔-中性原子试验体系。比较于强耦合区域，作业在普塞尔区域的体系具有许多优势，包含光子读出速度快、增益谱线宽、搜集功率高级，合适进行量子光学和量子网络等相关试验研讨。详细而言，研讨组经过二氧化碳激光器在光纤端面烧制面型并镀上特定膜层，搭建出根据光纤的法布里-珀罗微腔，该微腔具有极小的形式体积，能够在必定程度上完结光与原子的相互作用。此外，根据按捺偶极阱引起的腔长漂移和可移动光学晶格等多种技能，研讨组完成了光纤微腔内单个原子的分钟级寿数的软禁。
研讨组根据该体系研讨共振荧光中的非弹性散射进程，为原子能级跃迁供给了宽谱的增益，并一起增强了共振荧光中两光子散射。经过自主规划的根据过耦合机制的光学陷波滤波器，逐渐滤除共振荧光中弹性散射成分，观测到光场从亚泊松散布到超泊松散布的改变。进一步选用Franson型干与仪对两光子进行联合剖析，终究以违反贝尔不等式8个标准差的成果，试验证明共振荧光中非弹性散射的光子是能量-时刻羁绊的。最终，研讨组经过调控光纤微腔与单原子的耦合强度，成功观测到了双光子线宽的接连改变，证明了该办法发生的光子羁绊态可兼容中性原子的光量子网络接口。
图1：试验原理与试验设备。（a）二能级原子的弹性散射和非弹性散射进程；（b）共振荧光谱线和光学腔增益谱线；（c）光纤微腔-中性原子体系试验设备。
图2:非弹性散射进程中的能量-时刻羁绊试验成果。（a）两光子间的时刻分辩相关性丈量。（b）双光子羁绊态的干与曲线。
我国科学院量子信息要点试验室的特任副研讨员王健和博士后周小龙为论文的一起榜首作者。该作业得到了科学技能创新2030要点项目、国家自然科学基金委以及我国科学技能大学的赞助。
（我国科学院量子信息要点试验室、物理学院、我国科学院量子信息和量子科学技能创新研讨院、科研部）
