近日，我校物理與天文學(xué)院量子工程與精密測(cè)量團(tuán)隊(duì)鄧元?jiǎng)偢苯淌谂c中科院理論所易俗研究員、石弢研究員合作，在中科院一區(qū)期刊Photonics Research上在線(xiàn)發(fā)表了題為“Motional n-phonon bundle states of a trapped atom with clock transitions”的論文。提出了利用單個(gè)堿土金屬原子鐘躍遷，實(shí)現(xiàn)一個(gè)高效的基于長(zhǎng)壽命運(yùn)動(dòng)自由度的N-聲子聚束態(tài)發(fā)射的實(shí)驗(yàn)方案。

實(shí)現(xiàn)高效可控的一些新奇非經(jīng)典態(tài)，如N-光子聚束態(tài)等，在量子信息科學(xué)、量子計(jì)量學(xué)、基礎(chǔ)物理研究中有非常重要的作用。由于具有特殊的量子統(tǒng)計(jì)特性，最近基于Mollow 物理或確定性參數(shù)下轉(zhuǎn)換機(jī)制產(chǎn)生的N-光子聚束態(tài)的研究吸引了很多的研究興趣，也是當(dāng)前量子光學(xué)與量子信息交叉學(xué)科的一個(gè)重要研究方向。由于光子之間固有散射相互作用非常微弱，高品質(zhì)N-光子聚束態(tài)的實(shí)驗(yàn)實(shí)現(xiàn)仍然面臨很大的挑戰(zhàn)。伴隨著近年來(lái)實(shí)驗(yàn)上在量子電路系統(tǒng)和宏觀(guān)機(jī)械諧振腔中對(duì)單個(gè)聲子態(tài)操控能力的日趨完善，這些低能量、長(zhǎng)壽命的新奇N-聲子態(tài)在研究退相干機(jī)制、構(gòu)建量子存儲(chǔ)器和傳感器等方面有重要的作用。

圖1. 基于運(yùn)動(dòng)自由度的典型的兩聲子聚束態(tài)（左欄）和三聲子聚束態(tài)（右欄）的量子統(tǒng)計(jì)特性。

該研究提出了基于單個(gè)堿土金屬原子鐘躍遷，通過(guò)構(gòu)建可調(diào)的動(dòng)量空間和自由空間的自旋-軌道耦合，實(shí)現(xiàn)一個(gè)高效的基于運(yùn)動(dòng)自由度的N-聲子聚束態(tài)發(fā)射的實(shí)驗(yàn)方案。不同于利用Mollow機(jī)制的非共振高階過(guò)程產(chǎn)生的N-聲子發(fā)射，該研究提出的利用共振躍遷的N-聲子發(fā)射方案可以產(chǎn)生很大的聲子數(shù)激發(fā)，可以用來(lái)作為高品質(zhì)N-聲子源。這里N-聲子聚束態(tài)發(fā)射可以通過(guò)計(jì)算推廣的高階關(guān)聯(lián)函數(shù)來(lái)很好的刻畫(huà)。如圖1所示，不同的聲子束之間表現(xiàn)出強(qiáng)的反聚束效應(yīng)，同時(shí)單聲子之間表現(xiàn)出強(qiáng)的聚束效應(yīng)。同時(shí)利用聲子的統(tǒng)計(jì)特性對(duì)光鐘位移的高度依賴(lài)性，可以探究利用非破壞性測(cè)量聲子的量子統(tǒng)計(jì)特性，實(shí)現(xiàn)對(duì)原子魔幻波長(zhǎng)或者光鐘位移的實(shí)時(shí)精密測(cè)量，這將對(duì)高精度冷原子光鐘的研究具有重要的意義。

該工作中山大學(xué)為第一通訊單位，鄧元?jiǎng)偢苯淌跒榈谝蛔髡撸囋獎(jiǎng)偢苯淌诤椭锌圃豪碚撍姿籽芯繂T為共同通訊作者。該研究得到了科技部、國(guó)家自然科學(xué)基金委、廣東省科技廳等機(jī)構(gòu)的資助，同時(shí)也得到了廣東省量子精密測(cè)量與傳感重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室的大力支持。

論文鏈接：https://www.osapublishing.org/prj/fulltext.cfm?uri=prj-9-7-1289&id=452953