我國(guó)科學(xué)家首次實(shí)現(xiàn)光和原子的聯(lián)合壓縮
【化工儀器網(wǎng) 項(xiàng)目成果】自旋壓縮態(tài)和壓縮光等量子糾纏態(tài)一直以來(lái)都是物理學(xué)的前沿研究方向之一，在光干涉儀和量子傳感等精密測(cè)量領(lǐng)域具有重要意義。然而，光壓縮和自旋壓縮態(tài)的制備與應(yīng)用往往都是在不同的實(shí)驗(yàn)中實(shí)現(xiàn)，因?yàn)楣鈮嚎s和原子自旋壓縮的制備一般需要不同的物理過(guò)程。盡管兩種壓縮態(tài)都涉及關(guān)聯(lián)粒子對(duì)的激發(fā)，但針對(duì)飛行的光子和相對(duì)靜止的原子常常需要采用不同的壓縮方案。
近日，山西大學(xué)激光光譜研究所教授賈鎖堂、肖連團(tuán)、肖艷紅研究團(tuán)隊(duì)在原子系綜自旋壓縮與光壓縮的聯(lián)合制備研究方面取得進(jìn)展，首次實(shí)驗(yàn)實(shí)現(xiàn)了光和原子的聯(lián)合壓縮。相關(guān)研究成果“Concurrent Spin Squeezing and Light Squeezing in an Atomic Ensemble”已于10月24日發(fā)表在Physical Review Letters期刊上。這一成果意味著著在原子系綜中實(shí)現(xiàn)同時(shí)自旋壓縮和光壓縮成為可能，為量子計(jì)量學(xué)和量子信息等領(lǐng)域提供了新的潛在應(yīng)用。
研究團(tuán)隊(duì)在理論上研究了周期性短光脈沖的頻閃光場(chǎng)與原子的相互作用過(guò)程，發(fā)現(xiàn)了一種新的原子和光的對(duì)稱相互作用機(jī)制。在這種機(jī)制下，光和原子能夠互為量子信息中介，從而實(shí)現(xiàn)聯(lián)合壓縮?；谶@一發(fā)現(xiàn)，團(tuán)隊(duì)首次在實(shí)驗(yàn)上實(shí)現(xiàn)了光和原子的聯(lián)合壓縮，成功運(yùn)用一個(gè)原子系綜同時(shí)實(shí)現(xiàn)了0.61±0.09dB的原子自旋壓縮和dB級(jí)的光壓縮。
這一成果不僅挑戰(zhàn)了以往光壓縮和原子自旋壓縮不能同時(shí)實(shí)現(xiàn)的傳統(tǒng)觀念，而且為量子計(jì)量學(xué)和量子信息等領(lǐng)域提供了新的潛在應(yīng)用。與先前的基于量子非破壞測(cè)量的條件自旋壓縮相比，該聯(lián)合壓縮過(guò)程是確定性的，其制備的光場(chǎng)和集體原子自旋都有固定的壓縮方向。
研究團(tuán)隊(duì)還發(fā)現(xiàn)，盡管相互作用是對(duì)稱的，但由于原子在空間相對(duì)固定，而光子總處于飛行和量子態(tài)更新的狀態(tài)，原子的自旋壓縮比光壓縮更容易受到噪聲的破壞。基于這一認(rèn)識(shí)，團(tuán)隊(duì)后續(xù)將探索更有效的壓縮方案，并通過(guò)增加原子介質(zhì)的光學(xué)厚度進(jìn)一步提高壓縮度。
此次研究成果的發(fā)表不僅為光和原子的聯(lián)合壓縮提供了新的實(shí)驗(yàn)方法和理論依據(jù)，也為量子計(jì)量學(xué)和量子信息等領(lǐng)域的發(fā)展開(kāi)辟了新的方向。隨著研究的深入，相信光和原子的聯(lián)合壓縮將在更多領(lǐng)域展現(xiàn)出其巨大的應(yīng)用潛力。
參考來(lái)源：山西大學(xué)
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