近日，我校物理與天文學院量子工程與精密測量團隊鄧元剛副教授與中科院理論所易俗研究員、石弢研究員合作，在中科院一區期刊Photonics Research上在線發表了題為“Motional n-phonon bundle states of a trapped atom with clock transitions”的論文。提出了利用單個堿土金屬原子鐘躍遷，實現一個高效的基于長壽命運動自由度的N-聲子聚束態發射的實驗方案。
實現高效可控的一些新奇非經典態，如N-光子聚束態等，在量子信息科學、量子計量學、基礎物理研究中有非常重要的作用。由于具有特殊的量子統計特性，最近基于Mollow 物理或確定性參數下轉換機制產生的N-光子聚束態的研究吸引了很多的研究興趣，也是當前量子光學與量子信息交叉學科的一個重要研究方向。由于光子之間固有散射相互作用非常微弱，高品質N-光子聚束態的實驗實現仍然面臨很大的挑戰。伴隨著近年來實驗上在量子電路系統和宏觀機械諧振腔中對單個聲子態操控能力的日趨完善，這些低能量、長壽命的新奇N-聲子態在研究退相干機制、構建量子存儲器和傳感器等方面有重要的作用。
圖1. 基于運動自由度的典型的兩聲子聚束態（左欄）和三聲子聚束態（右欄）的量子統計特性。
該研究提出了基于單個堿土金屬原子鐘躍遷，通過構建可調的動量空間和自由空間的自旋-軌道耦合，實現一個高效的基于運動自由度的N-聲子聚束態發射的實驗方案。不同于利用Mollow機制的非共振高階過程產生的N-聲子發射，該研究提出的利用共振躍遷的N-聲子發射方案可以產生很大的聲子數激發，可以用來作為高品質N-聲子源。這里N-聲子聚束態發射可以通過計算推廣的高階關聯函數來很好的刻畫。如圖1所示，不同的聲子束之間表現出強的反聚束效應，同時單聲子之間表現出強的聚束效應。同時利用聲子的統計特性對光鐘位移的高度依賴性，可以探究利用非破壞性測量聲子的量子統計特性，實現對原子魔幻波長或者光鐘位移的實時精密測量，這將對高精度冷原子光鐘的研究具有重要的意義。
該工作中山大學為第一通訊單位，鄧元剛副教授為第一作者，鄧元剛副教授和中科院理論所易俗研究員為共同通訊作者。該研究得到了科技部、國家自然科學基金委、廣東省科技廳等機構的資助，同時也得到了廣東省量子精密測量與傳感重點實驗室的大力支持。
論文鏈接：https://www.osapublishing.org/prj/fulltext.cfm?uri=prj-9-7-1289&id=452953
