近日,中國科學(xué)院國家授時中心的研究團隊在腔量子電動力學(xué)領(lǐng)域的研究取得了新進(jìn)展,完成了對基于單個銫-133原子的雙場非經(jīng)典光子對生成系統(tǒng)的理論驗證。研究團隊構(gòu)建了一個由單個銫原子與光學(xué)微腔耦合的物理模型,通過459 nm激光泵浦原子,激發(fā)其從基態(tài)?6S1/2至激發(fā)態(tài)?7P1/2,并自發(fā)輻射至激光上能級7S1/2,進(jìn)而通過受激輻射產(chǎn)生兩個不同波長的腔模輸出:1470 nm(對應(yīng)?7S1/2→6P3/2躍遷)和1359 nm(對應(yīng)?7S1/2→6P1/2?躍遷)。這兩個波長與銫原子主動光鐘的鐘躍遷波長一致,對改善頻率基準(zhǔn)不確定度具有重要意義。

圖1:腔內(nèi)耦合單銫原子結(jié)構(gòu)與相關(guān)能級
通過系統(tǒng)研究不同耦合強度和腔衰減率下的場統(tǒng)計與動力學(xué)行為,研究團隊發(fā)現(xiàn)該系統(tǒng)在多個參數(shù)區(qū)域內(nèi)可同時實現(xiàn)單個場和交叉場的非經(jīng)典行為,并得到Cauchy-Schwarz不等式違背系數(shù)?R?最高達(dá)13.9,表明該系統(tǒng)可產(chǎn)生高度非經(jīng)典的光子對。

圖2:不同參數(shù)下二階關(guān)聯(lián)函數(shù)與CS違背系數(shù)變化圖
該研究不僅深化了對微腔中光與原子相互作用的理解,還可為量子存儲器、量子計算、量子通信等量子技術(shù)提供了高質(zhì)量的非經(jīng)典光源,尤其是在“壞腔” (腔模線寬大于原子自然線寬)下實現(xiàn)非經(jīng)典光生成,進(jìn)一步推動了主動光鐘與量子光源的融合研究。
該研究成果以《Dual-field and cross-field nonclassical light generation in a one-133Cs atom cavity QED system》為題,發(fā)表于物理期刊Communications in Theoretical Physics。