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Acta Sinica Quantum Optica

基于局域耦合相位调控的巨原子单光子散射

李姝瑜 Shu-yu LI, 吴怀志 Huai-zhi WU, 韩亚帅 Ya-shuai HAN, 胡长生 Chang-sheng HU

Published Jan 1, 2024• 0 citations
Publisher

Abstract

人造巨原子与波导多点耦合系统可打破传统量子光学偶极近似，诱导原子自干涉效应，近年来成为研究光子散射的重要物理平台。本文研究了该模型与一维波导多点手性耦合时，耦合点局域相位对单光子散射的影响。通过实空间哈密顿量方法精准解得系统的透射率与反射率表达式，传播相位被修正为依赖于入射光传播方向的手性相位，并通过设计手性相位来研究散射谱中手性引起的效应。研究发现当手性相位满足与耦合点个数无关的条件时，可使得兰姆能移消失，入射光子的透射谱能在共振处实现完美透射到完全反射的转变。此外，本文展现了引入原子内部自发辐射后，无需利用非马尔可夫延迟效应，仅调控手性相位即可实现完美的非互易光子散射。本文研究表明具有手性耦合点局域相位的巨原子−波导系统能为实现单光子路由提供颇具前景的候选平台。

DOI
10.3788/jqo20243002.0101

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基于纠缠光子的反射率辅助三维量子成像方法

Jiangli PENG, 重庆邮电大学 通信与信息工程学院，重庆 400065, Yong MA +5 more

随着量子信息技术的快速发展，量子成像为实现高质量三维成像提供了一种新的途径。然而，传统的量子成像方法主要局限于二维成像，无法准确提取目标的深度信息，且其反射率计算精度较低。为此，提出一种基于纠缠光子的反射率辅助三维量子成像方法。通过分析自由空间传输过程中纠缠光子数的分布，构建光子探测概率模型与符合计数概率密度函数，从而实现目标表面反射率的估计；同时，结合符合计数值对延时差矩阵进行优化，准确提取目标的深度信息，将反射率作为辅助信息与深度信息相结合，实现目标的三维重建。此外，仿真分析了单像素曝光时间对成像结果的影响，并搭建了量子成像实验平台来验证所提方法的有效性与可行性。

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腔量子电动力学中光子阻塞效应的研究进展（特邀）

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光子阻塞效应是腔量子电动力学中的核心非线性现象，通过抑制多光子激发实现单光子或光子束的确定性调控，为量子信息科学的发展提供了关键物理手段。当前研究主要聚焦于常规光子阻塞与非常规光子阻塞两大机制：前者依赖原子-腔强耦合诱导的非谐性能级劈裂，通过能谱非均匀性有效抑制多光子跃迁；后者则利用多路径间的破坏性量子干涉效应，即便在弱耦合条件下也能抑制双光子激发，从而显著降低了对强非线性的需求。两者的协同作用可进一步优化光子阻塞的性能，显著提升阻塞效率。近年来，该领域研究不断拓展至非互易光子阻塞、非线性耗散调控等方向，不仅为理解量子光学中的非线性行为提供了更丰富的理论框架，也为量子信息处理、量子计算和量子精密测量等应用奠定了技术基础。此外，多光子阻塞及其扩展机制的研究也为发展多光子量子技术提供了重要支撑。本综述系统梳理了单光子阻塞、多光子阻塞及其拓展机制的实现方案与最新研究进展，重点探讨其在单光子源、量子信息处理及量子网络等前沿领域的潜在应用。最后，展望了光子阻塞效应未来的发展方向，包括新型非常规光子阻塞机制的探索，以及其在大规模量子信息系统中的应用前景。

Laser & Optoelectronics Progress•Jan 1, 2025•3 citations

量子干涉仪灵敏度优化：机制、进展与未来挑战（特邀）

黄文峰 Huang Wenfeng, 赵杰 Zhao Jie, 武泽亮 Wu Zeliang +2 more

量子干涉仪将量子操控技术与干涉测量技术相结合，利用光场和原子的相互作用，实现对相位敏感物理量的精密测量，其精度可超越经典极限。然而，量子资源固有的脆弱性与复杂性，使得如何充分挖掘其优势以提升干涉仪的相位灵敏度并实现稳定测量，成为推动量子干涉仪走向实际应用的关键挑战。基于线性和非线性量子干涉仪，系统阐述在实际损耗环境下量子干涉相位测量的优化机制及其效果，并介绍此类技术在精密测量、量子信息存储、量子非破坏性测量等前沿领域的应用进展。此外，针对如何维持量子资源的长期稳定性这类应用难题，提出相应的解决方案并展望未来发展方向。

Acta Optica Sinica•Jan 1, 2025•1 citation

量子行走

薛鹏 Xue Peng, 王坤坤 Wang Kunkun

作为经典随机行走在量子世界的对应，量子行走在量子相干性和纠缠的作用下，能够以更快的速度使行走者遍历所有位置，可以应用于实现各类算法，加速解决各类问题。此外，作为描述微观粒子动力学演化的有效模型，量子行走还可以作为普适的平台实现所有幺正演化，实现量子态制备、量子逻辑门操作和量子测量等，进而实现信息处理中所有关键步骤。近年来，量子行走中的新机理和新应用的研究成为了人们普遍关注的焦点。首先介绍量子行走基本模型，再结合近年来本课题组在量子行走方向上取得的相关研究成果，介绍量子行走在实现量子通信、量子计算和量子测量方面的研究进展。

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准二维各向同性激光冷却的光场仿真

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在各向同性激光冷却原子实验中，光场分布是影响冷原子分布的重要因素，可以利用真空腔的结构和激光的注入方式的不同来调控腔内的冷原子分布。本文提出了一种扁平形漫反射腔体结构，并对冷却光的不同注入方式和不同尺寸的腔体结构形成的光场分布进行了仿真。仿真结果表明，与自由空间光入射相比，激光由光纤入射能够获得更均匀的准二维分布的光场，因此可以通过调节光纤的入射角度及光纤参数，实现对光场均匀度的优化。此外，随着腔体边长的等比放大，腔内光功率密度呈负指数幂衰减。扁平形漫反射腔形状接近二维，在准二维分布的光场和特殊的扁平形腔体结构的作用下，能够获得呈准二维分布的冷原子，在量子传感及量子精密测量领域具有重要的应用前景。

Acta Optica Sinica•Jan 1, 2024•1 citation

电场下量子行走的扩散性质研究

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Acta Sinica Quantum Optica•Jan 1, 2025•0 citations
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随着量子信息技术的快速发展，量子成像为实现高质量三维成像提供了一种新的途径。然而，传统的量子成像方法主要局限于二维成像，无法准确提取目标的深度信息，且其反射率计算精度较低。为此，提出一种基于纠缠光子的反射率辅助三维量子成像方法。通过分析自由空间传输过程中纠缠光子数的分布，构建光子探测概率模型与符合计数概率密度函数，从而实现目标表面反射率的估计；同时，结合符合计数值对延时差矩阵进行优化，准确提取目标的深度信息，将反射率作为辅助信息与深度信息相结合，实现目标的三维重建。此外，仿真分析了单像素曝光时间对成像结果的影响，并搭建了量子成像实验平台来验证所提方法的有效性与可行性。
光子阻塞效应是腔量子电动力学中的核心非线性现象，通过抑制多光子激发实现单光子或光子束的确定性调控，为量子信息科学的发展提供了关键物理手段。当前研究主要聚焦于常规光子阻塞与非常规光子阻塞两大机制：前者依赖原子-腔强耦合诱导的非谐性能级劈裂，通过能谱非均匀性有效抑制多光子跃迁；后者则利用多路径间的破坏性量子干涉效应，即便在弱耦合条件下也能抑制双光子激发，从而显著降低了对强非线性的需求。两者的协同作用可进一步优化光子阻塞的性能，显著提升阻塞效率。近年来，该领域研究不断拓展至非互易光子阻塞、非线性耗散调控等方向，不仅为理解量子光学中的非线性行为提供了更丰富的理论框架，也为量子信息处理、量子计算和量子精密测量等应用奠定了技术基础。此外，多光子阻塞及其扩展机制的研究也为发展多光子量子技术提供了重要支撑。本综述系统梳理了单光子阻塞、多光子阻塞及其拓展机制的实现方案与最新研究进展，重点探讨其在单光子源、量子信息处理及量子网络等前沿领域的潜在应用。最后，展望了光子阻塞效应未来的发展方向，包括新型非常规光子阻塞机制的探索，以及其在大规模量子信息系统中的应用前景。
量子干涉仪将量子操控技术与干涉测量技术相结合，利用光场和原子的相互作用，实现对相位敏感物理量的精密测量，其精度可超越经典极限。然而，量子资源固有的脆弱性与复杂性，使得如何充分挖掘其优势以提升干涉仪的相位灵敏度并实现稳定测量，成为推动量子干涉仪走向实际应用的关键挑战。基于线性和非线性量子干涉仪，系统阐述在实际损耗环境下量子干涉相位测量的优化机制及其效果，并介绍此类技术在精密测量、量子信息存储、量子非破坏性测量等前沿领域的应用进展。此外，针对如何维持量子资源的长期稳定性这类应用难题，提出相应的解决方案并展望未来发展方向。
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