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在高度耗散耦合微腔体系中实现单个原子-光子相干相互作用

  “飞秒光物理和介观光学”创新研究群体成员肖云峰研究员与龚旗煌院士等人在微腔量子电动力学研究方面取得突破,研究成果于2014年5月30日发表在《物理评论快报》上【Yong-Chun Liu et al., Coherent Polariton Dynamics in Coupled Highly Dissipative Cavities, Phys. Rev. Lett. 112, 213602 (2014)】。论文第一作者为北京大学物理学院博士研究生刘永椿,合作者包括物理学院2009级本科生李昊坤(现在美国加州大学伯克利分校攻读博士学位),美国哥伦比亚大学Chee Wei Wong教授等人。

  长期以来,在单量子水平下实现光与物质强耦合相互作用是量子调控的重要目标之一。典型的实验体系是腔量子电动力学系统,强耦合要求偶极子与腔模光场的耦合强度大于系统各种耗散。为了实现强耦合,人们主要关注提高光学微腔的品质因子和减小模式体积。但由于衍射极限及制备工艺的限制,很难在单个微腔中同时实现超高品质因子和极小模式体积。群体研究人员及合作者提出在耦合腔体系中通过暗态相互作用实现强耦合,可以克服在单个微腔中对超高品质因子和极小模式体积的要求。研究表明:当单个偶极子置于一个高度耗散微腔(具有较小模式体积,但无需超高品质因子),在另一个辅助微腔(具有超高品质因子,但无需极小模式体积)协同作用下,可以实现体系的强耦合相互作用。这为量子操控提供了克服耗散和退相干的重要手段,为单量子水平光与物质相干相互作用的研究提供了新的研究平台。

通过耦合一个辅助腔在高耗散腔中实现偶极子与光场强耦合示意图

   上述系列工作得到了科技部973计划、国家自然科学基金委、人工微结构和介观物理国家重点实验室及量子物质科学协同创新中心的支持。

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