我國科學(xué)家首次實現(xiàn)光和原子的聯(lián)合壓縮
【化工儀器網(wǎng) 項目成果】自旋壓縮態(tài)和壓縮光等量子糾纏態(tài)一直以來都是物理學(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驗中實現(xiàn)，因為光壓縮和原子自旋壓縮的制備一般需要不同的物理過程。盡管兩種壓縮態(tài)都涉及關(guān)聯(lián)粒子對的激發(fā)，但針對飛行的光子和相對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、肖艷紅研究團隊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展，首次實驗實現(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現(xiàn)同時自旋壓縮和光壓縮成為可能，為量子計量學(xué)和量子信息等領(lǐng)域提供了新的潛在應(yīng)用。
研究團隊在理論上研究了周期性短光脈沖的頻閃光場與原子的相互作用過程，發(fā)現(xiàn)了一種新的原子和光的對稱相互作用機制。在這種機制下，光和原子能夠互為量子信息中介，從而實現(xiàn)聯(lián)合壓縮?；谶@一發(fā)現(xiàn)，團隊首次在實驗上實現(xiàn)了光和原子的聯(lián)合壓縮，成功運用一個原子系綜同時實現(xiàn)了0.61±0.09dB的原子自旋壓縮和dB級的光壓縮。
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實現(xiàn)的傳統(tǒng)觀念，而且為量子計量學(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量的條件自旋壓縮相比，該聯(lián)合壓縮過程是確定性的，其制備的光場和集體原子自旋都有固定的壓縮方向。
研究團隊還發(fā)現(xiàn)，盡管相互作用是對稱的，但由于原子在空間相對固定，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。基于這一認識，團隊后續(xù)將探索更有效的壓縮方案，并通過增加原子介質(zhì)的光學(xué)厚度進一步提高壓縮度。
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驗方法和理論依據(jù)，也為量子計量學(xué)和量子信息等領(lǐng)域的發(fā)展開辟了新的方向。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。
參考來源：山西大學(xué)
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