我國科學家首次實現光和原子的聯合壓縮
【化工儀器網 項目成果】自旋壓縮態和壓縮光等量子糾纏態一直以來都是物理學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域具有重要意義。然而，光壓縮和自旋壓縮態的制備與應用往往都是在不同的實驗中實現，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。盡管兩種壓縮態都涉及關聯粒子對的激發，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合制備研究方面取得進展，首次實驗實現了光和原子的聯合壓縮。相關研究成果“Concurrent Spin Squeezing and Light Squeezing in an Atomic Ensemble”已于10月24日發表在Physical Review Letters期刊上。這一成果意味著著在原子系綜中實現同時自旋壓縮和光壓縮成為可能，為量子計量學和量子信息等領域提供了新的潛在應用。
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，發現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，從而實現聯合壓縮。基于這一發現，團隊首次在實驗上實現了光和原子的聯合壓縮，成功運用一個原子系綜同時實現了0.61±0.09dB的原子自旋壓縮和dB級的光壓縮。
這一成果不僅挑戰了以往光壓縮和原子自旋壓縮不能同時實現的傳統觀念，而且為量子計量學和量子信息等領域提供了新的潛在應用。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。
研究團隊還發現，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更新的狀態，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，團隊后續將探索更有效的壓縮方案，并通過增加原子介質的光學厚度進一步提高壓縮度。
此次研究成果的發表不僅為光和原子的聯合壓縮提供了新的實驗方法和理論依據，也為量子計量學和量子信息等領域的發展開辟了新的方向。隨著研究的深入，相信光和原子的聯合壓縮將在更多領域展現出其巨大的應用潛力。
參考來源：山西大學
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