25、量子光学与原子光学新进展：单光子源及拉曼散射研究

量子光学与原子光学新进展：单光子源及拉曼散射研究

1. 压缩磁光阱与原子捕获

在原子被加载到磁光阱后的 20 毫秒内，对磁场进行调控，将磁场梯度从加载时的 16 G/cm 线性增加到 40 G/cm。同时，操控捕获光和再泵浦光的失谐量，捕获线失谐从 30 MHz 变为 70 MHz，再泵浦失谐从 0 MHz 变为 8 MHz。经过这样的操作，压缩磁光阱能够在约 200 μK 的温度下捕获大约 4 × 10⁹ 个原子。

2. 可控预测量子单光子源

2.1 Fock 态单光子基础

在量子力学中，光场的 Fock 态 $|n\rangle$ 是粒子数算符 $\hat{n}=\hat{a}^{\dagger}\hat{a}$ 的本征态，本征值 $n$ 对应确定的光子数。相干光源（如激光）逐渐衰减使每个光脉冲的平均光子数小于或等于 1 时，可达到单光子水平。但相干光源的光脉冲即便很弱，仍服从泊松分布，是相干态而非 Fock 态，即平均每个脉冲有 1 个光子时，仍存在有多个光子的脉冲。而 Fock 态单光子明确每个光脉冲只有 1 个光子。根据不确定性原理，光子数和光场相位不能同时被无限精确确定，所以 Fock 态单光子的相位信息无法确定。目前，Fock 态单光子可由量子点、单分子、单原子腔和原子团簇产生。

2.2 单光子产生方案

• 参量效应转换产生纠缠光子对 ：这是单光子的首选解决方案，但参量效应转换得到的光子对出现时间完全随机，且两个光子几乎同时产生，无法准确预测单光子发射时间。
• 按需产生单光子源方案