中山大学在固态量子光学研究方面取得重要进展

日前，中山大学物理学院、光电材料与技术国家重点实验室王雪华、刘进教授研究团队在国际上首次实现了超快脉冲激光驱动下的固态二能级辐射子动态共振荧光光谱的实验测量和按需调控。为超快脉冲作用下辐射子的超快时域振荡提供了强有力的证据，为进一步理解光与物质相互作用机理提供了新的思路，为提升量子光源的性能、构建新型光量子态以及实现量子态的超快操控开辟了新的途径。

二能级辐射子的共振荧光是量子光学理论与实验研究中的重要课题，在现代光量子信息技术发展过程中扮演着关键的角色。经过国际国内持续多年的研究，人们对二能级辐射子在连续激光驱动下共振荧光的光子统计特性与光谱形成机制已经有了比较清晰的认识。而当引入超快脉冲激光时，由于光与辐射子超短时间尺度下的相干相互作用，共振荧光呈现出与连续激光驱动相比截然不同的特性。迄今为此，超快脉冲共振荧光的动态光谱与时域演化过程尚未在任何二能级辐射子体系中得到实验观测。

该团队瞄准超快脉冲作用下光场与二能级辐射子如何动态相互作用这一悬而未决的国际前沿问题，首次基于半导体量子点与微柱腔的耦合实现了超快脉冲激光驱动下二能级辐射子动态共振荧光光谱的实验测量，并观测到了边带非对称性，边带时序性等新颖量子效应。这项研究对进一步提升量子光源性能、构建光子数叠加态、光子数纠缠态等新型光量子态以及实现量子态的超快操控具有重要意义。

图1. 动态共振荧光的光谱边带非对称性和时序性

相关研究成果以“Dynamic resonance fluorescence in solid-state cavity quantum electrodynamics”为题于2024年1月10日发表在国际顶级期刊Nature Photonics上。中山大学为该成果的第一署名单位，中山大学博士后刘顺发为论文第一作者，斯坦福大学Chris Gustin和中国科学院半导体研究所博士研究生刘汗青为论文的共同第一作者。中山大学王雪华教授和刘进教授为论文共同通讯作者。中山大学喻颖副教授、中国科学院半导体研究所倪海桥研究员与牛智川研究员在量子点生长方面提供了重要支持，加拿大女王大学的Stephen Hughes教授在理论方面做出了重要贡献，中山大学博士研究生李学诗对本工作的实验部分亦有贡献。该工作得到了国家重点研发计划项目、国家自然科学基金项目、广东省重点领域研发计划项目等的大力支持。

论文链接：https://www.nature.com/articles/s41566-023-01359-x