报告题目：在原子-光非厄米界面中的光子与“磁子”干涉
报告人：陈洁菲副教授   南方科技大学
报告时间：2020年10月16日9：30
报告地点：理六栋301会议室         邀请人：张善超副教授
通过原子和光相互作用构成的量子界面在量子信息处理、量子网络和量子精密测量中有重要的应用价值。在量子界面中，光和原子或者类原子系统的相互作用是多样的。其中，分束器类的相互作用就是其中非常普遍而且具有重要应用的一大类1，且其最重要的应用之一就是光的量子存储2。在原子介质中，光的量子态通过在驱动光场的作用下转换为原子内的相干激发，或称为原子自旋波，进而有效地存储在原子的内态能量中。这种光和原子相干性的转换是可逆的；在驱动光场再度开启的时候，原子自旋波又可转换为光信号重新被释放出来。在这过程中，原子介质可被看作一个虚拟分束器，即在一个光脉冲或者在原子自旋波作为输入模式入射后，可同时输出透射光脉冲及在原子中制备了原子自旋波。在远失谐的情况下，即驱动光场与入射光场频率与原子跃迁频率相差甚大时，这个虚拟的分束器是一个标准厄米系统的无损分束器模型3，光与原子自旋波之间满足幺正变换。但当驱动光场与原子跃迁频率相近时，这个原子-光界面不再是厄米系统。这是由于原子的激发态通过自发辐射而引入了系统的能量耗散。这种能量耗散过程导致光和原子自旋波在线性转换的过程中，出现了非厄米的耦合项。
我们在本工作中利用磁光阱冷原子系综演示了一个可调的非厄米分束过程，即观测到了行进中的光波与定域的原子自旋波之间的直接干涉4。存储在原子基态相干性中的光能量以原子集体效应下的自旋波形式存在，且它的单量子激发态可以等效为原子中的“磁子”。这种“磁子”相当于拘禁在原子团中的光子，在读光光束的驱动作用下，它们能重新被释放为自由空间中飞行的光子。自由光子与“磁子”能直接干涉，这预示飞行的光子与存储的光子在光和原子界面能进行直接的量子态操控。我们此工作演示的物理模型同时适用于所有类似结构的原子-光界面，提供了一个研究非厄米量子物理的平台。
个人简介：
陈洁菲，量子科学与工程研究院及物理系双聘副教授。主要从事基于冷原子系综的单光子制备、调控及干涉等实验研究。2011年获得由香港科学会颁发的香港青年科学家奖；2012年任华东师范大学研究员，并于2013年以及2017年分别入选上海浦江人才计划和上海市科技启明星计划。主持国家自然科学基金的青年科学基金、面上基金，及作为主要成员先后参与国家自然科学基金委量子操控重点项目、精密测量物理重大研究计划、科技部量子调控与量子信息国家重点研发计划。多项研究工作受到国内外同行的关注。例如，首次观测单光子光前驱波的工作，发表在(Phys. Rev. Lett.106, 243602 (2011))被选为Physical Review Letters编辑推荐文章和列入Synopses栏目被重点报道。从时间频率纠缠光子对中得到高纯度单光子，并首次观测到分别从两个冷原子系综产生的独立单光子的Hong-Ou-Mandel干涉(Phys. Rev. Lett. 117, 013602 (2016))，入选2016年中国光学重要成果。