近日，我校物理與天文學院量子工程與精密測量團隊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)是量子科學領域的重要研究課題，它在量子信息處理和量子光學等領域中具有非常重要的應用。實現(xiàn)單光子發(fā)射的一個關鍵技術是光子阻塞。傳統(tǒng)光子阻塞主要利用強耦合誘導的系統(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。然而，在弱耦合區(qū)域內(nèi)，通過量子干涉機制來形成強的光子阻塞仍然是一個挑戰(zhàn)。因此，在大多系統(tǒng)中，足夠強的能譜非均勻性還是必須的。此外，耦合原子-腔系統(tǒng)的EIT對應的暗態(tài)極化子對損耗不敏感的優(yōu)勢，為通過光控制光來實現(xiàn)大的可調(diào)的非線性提供了進一步的機遇。
圍繞單原子與微腔耦合體系的量子特性，我校物理與天文學院量子工程與精密測量團隊提出了利用單個堿土金屬原子EIT放置在高精度的微腔中實現(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的強非線性，通過控制場及斯塔克位移調(diào)控系統(tǒng)的系統(tǒng)能譜不均勻性產(chǎn)生強的光子阻塞。如圖1所示，該研究方案在一個中等的斯塔克位移條件下，系統(tǒng)的二階關聯(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數(shù)量級，且更重要的是由于EIT中的準暗態(tài)共振，腔的輸出仍然可以保持一個較大值。同時，該研究為腔EIT中的光子阻塞提供了新的途徑，對將來在實現(xiàn)量子信息處理與量子精密測量等領域的應用具有重要意義。
圖1 腔EIT系統(tǒng)示意圖
中山大學是該工作的唯一單位，唐靜特聘副研究員為第一作者，李朝紅教授和鄧元剛副教授為共同通訊作者。該研究得到了廣東省量子精密測量與傳感重點實驗室、光電材料與技術國家重點實驗室的大力支持，并獲得了國家自然科學基金委、科技部、教育部等機構的資助。
論文鏈接：https://www.osapublishing.org/prj/fulltext.cfm?uri=prj-9-7-1226&id=452045
