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吴颖教授团队在多量子物理领域取得重要进展
发布时间:2021-08-15

8月13日,物理学权威期刊《物理评论快报》(Physical Review Letters)在线刊发了物理学院量子光科学中心吴颖教授团队题为《Parity-Symmetry-Protected Multiphoton Bundle Emission》的研究论文。我校为论文唯一单位,论文作者包括18级博士生宾倩(第一作者),吕新友和吴颖教授,其中吕新友教授为论文通讯作者。

普通的光辐射过程是以单光子的形式发生,即最小的能量单元为一个光子的能量。与此不同,多光子关联辐射的最小能量单位变为多个关联光子行成的多光子捆。从基础意义来看,多光子关联辐射拓展了人们对光辐射过程的认识。在实际应用方面,多光子关联态为高保真度量子信息传递以及突破标准量子极限的量子精密测量提供了重要资源。因此,高纯度的多光子关联辐射的实现成为量子光学以及量子信息科学中的重要研究课题之一。

图1. (a,b) 具有宇称对称性的理论模型及激发谱;(c)对称性保护的奇偶宇称链。

吴颖团队结合宇称对称性理论,提出了宇称对称性保护的多光子关联辐射。他们的研究结果表明,激光驱动的量子比特翻转和Rabi相互作用诱导的对称性守恒跃迁只能导致具有偶数光子的腔内光子捆的实现。在适当的耗散条件下,偶数个强关联的光子取代普通辐射理论中单光子角色级联辐射到腔外形成多光子关联辐射。与此同时,奇数光子辐射过程几乎完全被系统的对称性抑制,这大大提高了关联辐射的纯度。在目前实验可允许的条件下,该工作预言了纯度接近100%的两光子关联辐射过程。该工作首次建立了宇称对称性和多光子关联辐射之间的联系,它为多量子物理与对称理论的交叉提供了新的思路,同时为对称性保护的多光子激光和多光子源的实现提供理论指导。

图2宇称对称性增强的双光子关联辐射。

近年来,吴颖教授领导的量子光学团队系统地研究了多量子相干理论,该项工作与他们2020年发表在《物理评论快报》上的基于斯托克斯过程多声子关联辐射的工作[Phys. Rev. Lett. 124, 053601 (2020)]共同属于相关的系列性成果。

该工作得到了国家重点研发计划、国家自然科学基金等项目的资助。

论文链接:https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.127.073602

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