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)的研究人員在中科院一區(qū)期刊Photonics Research上發(fā)表題為“Tunable Photon blockade with single atom in a cavity under electromagnetically induced transparency”論文。該研究成果利用耦合單原子-腔系統(tǒng)的電磁誘導(dǎo)透明（electromagnetically induced transparency - EIT），成功發(fā)展了高效可控的單光子發(fā)射方案。
如何產(chǎn)生單光子態(tài)是量子科學(xué)領(lǐng)域的重要研究課題，它在量子信息處理和量子光學(xué)等領(lǐng)域中具有非常重要的應(yīng)用。實(shí)現(xiàn)單光子發(fā)射的一個(gè)關(guān)鍵技術(shù)是光子阻塞。傳統(tǒng)光子阻塞主要利用強(qiáng)耦合誘導(dǎo)的系統(tǒng)能譜的非均勻性，而非傳統(tǒng)光子阻塞則利用系統(tǒng)中的不同躍遷路徑之間的干涉效應(yīng)。然而，在弱耦合區(qū)域內(nèi)，通過量子干涉機(jī)制來形成強(qiáng)的光子阻塞仍然是一個(gè)挑戰(zhàn)。因此，在大多系統(tǒng)中，足夠強(qiáng)的能譜非均勻性還是必須的。此外，耦合原子-腔系統(tǒng)的EIT對(duì)應(yīng)的暗態(tài)極化子對(duì)損耗不敏感的優(yōu)勢(shì)，為通過光控制光來實(shí)現(xiàn)大的可調(diào)的非線性提供了進(jìn)一步的機(jī)遇。
圍繞單原子與微腔耦合體系的量子特性，我校物理與天文學(xué)院量子工程與精密測(cè)量團(tuán)隊(duì)提出了利用單個(gè)堿土金屬原子EIT放置在高精度的微腔中實(shí)現(xiàn)高品質(zhì)單光子源的理論方案。在單原子腔 EIT系統(tǒng)中，利用EIT的強(qiáng)非線性，通過控制場(chǎng)及斯塔克位移調(diào)控系統(tǒng)的系統(tǒng)能譜不均勻性產(chǎn)生強(qiáng)的光子阻塞。如圖1所示，該研究方案在一個(gè)中等的斯塔克位移條件下，系統(tǒng)的二階關(guān)聯(lián)函數(shù)比腔EIT系統(tǒng)在斯塔克位移為零的情況下降低了四個(gè)數(shù)量級(jí)，且更重要的是由于EIT中的準(zhǔn)暗態(tài)共振，腔的輸出仍然可以保持一個(gè)較大值。同時(shí)，該研究為腔EIT中的光子阻塞提供了新的途徑，對(duì)將來在實(shí)現(xiàn)量子信息處理與量子精密測(cè)量等領(lǐng)域的應(yīng)用具有重要意義。
圖1 腔EIT系統(tǒng)示意圖
中山大學(xué)是該工作的唯一單位，唐靜特聘副研究員為第一作者，李朝紅教授和鄧元?jiǎng)偢苯淌跒楣餐ㄓ嵶髡摺Ｔ撗芯康玫搅藦V東省量子精密測(cè)量與傳感重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室、光電材料與技術(shù)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室的大力支持，并獲得了國(guó)家自然科學(xué)基金委、科技部、教育部等機(jī)構(gòu)的資助。
論文鏈接：https://www.osapublishing.org/prj/fulltext.cfm?uri=prj-9-7-1226&id=452045
