我国科学家首次实现光和原子的联合压缩
自旋压缩态和压缩光等量子纠缠态一直以来都是物理学的前沿研究方向之一，在光干涉仪和量子传感等精密测量领域具有重要意义。然而，光压缩和自旋压缩态的制备与应用往往都是在不同的实验中实现，因为光压缩和原子自旋压缩的制备一般需要不同的物理过程。尽管两种压缩态都涉及关联粒子对的激发，但针对飞行的光子和相对静止的原子常常需要采用不同的压缩方案。
近日，山西大学激光光谱研究所教授贾锁堂、肖连团、肖艳红研究团队在原子系综自旋压缩与光压缩的联合制备研究方面取得进展，首次实验实现了光和原子的联合压缩。相关研究成果“Concurrent Spin Squeezing and Light Squeezing in an Atomic Ensemble”已于10月24日发表在Physical Review Letters期刊上。这一成果意味着着在原子系综中实现同时自旋压缩和光压缩成为可能，为量子计量学和量子信息等领域提供了新的潜在应用。
研究团队在理论上研究了周期性短光脉冲的频闪光场与原子的相互作用过程，发现了一种新的原子和光的对称相互作用机制。在这种机制下，光和原子能够互为量子信息中介，从而实现联合压缩。基于这一发现，团队首次在实验上实现了光和原子的联合压缩，成功运用一个原子系综同时实现了0.61±0.09dB的原子自旋压缩和dB级的光压缩。
这一成果不仅挑战了以往光压缩和原子自旋压缩不能同时实现的传统观念，而且为量子计量学和量子信息等领域提供了新的潜在应用。与先前的基于量子非破坏测量的条件自旋压缩相比，该联合压缩过程是确定性的，其制备的光场和集体原子自旋都有固定的压缩方向。
研究团队还发现，尽管相互作用是对称的，但由于原子在空间相对固定，而光子总处于飞行和量子态更新的状态，原子的自旋压缩比光压缩更容易受到噪声的破坏。基于这一认识，团队后续将探索更有效的压缩方案，并通过增加原子介质的光学厚度进一步提高压缩度。
此次研究成果的发表不仅为光和原子的联合压缩提供了新的实验方法和理论依据，也为量子计量学和量子信息等领域的发展开辟了新的方向。随着研究的深入，相信光和原子的联合压缩将在更多领域展现出其巨大的应用潜力。
参考来源：山西大学
