52、光学腔量子电动力学：探索量子世界的前沿领域

光学腔量子电动力学：探索量子世界的前沿领域

1. 介观场与量子态操控

在量子实验中，操控由几个到几十个光子组成的介观场是一项引人瞩目的成果。这些介观场就像一把钥匙，帮助我们探索量子与经典世界的边界。介观场可以与穿过腔体的单个原子纠缠，这类似于著名的薛定谔猫与单个放射性原子的纠缠。

当非共振原子处于色散区域时，它就像一块透明的电介质，无法吸收或发射光子，但会使腔频率发生瞬态偏移。原子 - 腔相互作用会使腔场产生经典的相移，并且处于不同能级（|e⟩或|g⟩）的原子会导致相反的相移值。处于叠加态的原子可以同时制备涉及两个场相的介观叠加态，这与薛定谔猫在生死之间的量子状态极为相似。

腔的缓慢弛豫特性使我们能够“实时”研究退相干机制，即量子叠加态如何转变为概率性的替代态。而且，随着“猫态”规模的增大，这种转变会越来越快。

共振原子 - 场耦合也会产生奇特的状态。当原子与强场相互作用时，会在|e⟩和|g⟩能级之间发生简单的拉比振荡，而场保持不变。但在仅包含几十个光子的介观场中，情况变得更加有趣。光子数的粒度会导致原子 - 场相位纠缠，场会分离成两个沿相反方向旋转的相位分量。通过基于零差法的相位分布测量，可以直接揭示这种分离。

共振相互作用还能制备出大的相干猫态，这对于研究退相干机制和解决量子力学的基本问题至关重要。因为退相干是实现实用量子计算的最大障碍，而直接确定腔 - 场的维格纳函数可以让我们更深入地了解腔 - 场的量子态，从而仔细研究退相干现象。

2. 腔量子电动力学的时间尺度

所有腔量子电动力学（QED）实验都有三个不同的时间尺度：
- 真空拉比时间 ：这