香港科技大學物理學家成功調控光子形狀 創造光腔裝載效率最高紀錄

2014-11-19

香港科技大學(科大)物理系副教授杜勝望及其研究團隊,成功調控光子形狀,令光腔裝載效率大幅提升至百分之八十七,為現今最高紀錄。這科學上的突破有望推動實現基於腔量子電動力學的高效量子信息網路,並為將來的量子信息發展奠定基礎。有關研究成果近日刊登於物理學的國際權威刊物《物理評論快報》。

2012年諾貝爾物理獎的一半授予了塞爾日·阿羅什的腔量子電動力學的工作。在基於腔量子電動力學的量子信息網絡中,光子來回於光腔間飛行,載有量子信息的光子被光腔捕獲後,進行量子計算和信息傳遞。然而,要捕捉光子及將光子裝載在光腔中並不容易,因為在光子進入光腔的過程中,可能被反射或直接穿過光腔。在以往的研究中,光子從自由空間載入光腔的效率約不超過百分之二十。

杜教授及其團隊揭示了光子在光腔裡波粒二相的奇特量子行為。他們的光腔由兩面反射鏡組成,其中一面鏡子的反射率接近百分百,另一面的反射率較低,用來接受光子。研究發現,相對於一個特定的光學腔,光子有一個優化的波形;處於該優化波形的光子可以被光腔百分之百地接納,而不會從入口處反射回去或逃離。杜教授及其團隊通過改變光子形狀和利用其波動量子干涉效應達到目的。

杜教授解釋,他們採用一個「傳告」的方案,利用鐳射激發一團銣的冷原子產生糾纏的光子對,通過對其中一個光子的測量,剩下的光子就處於一個被「傳告」的條件單光子態,這光子的波形,既可通過控制激發鐳射的參數來調控,也可被「傳告」後用外加的調製器改變。杜教授及其團隊首次運用該技術,實現了破紀錄的百分之八十七光腔裝載效率,為將來的量子信息發展奠定基礎。

杜勝望教授於2008年加入科大,並於2011年獲科大理學院頒發傑出研究獎。杜教授畢業於南京大學,並在北京大學取得物理學碩士學位,亦於美國科羅拉多大學波爾德分校取得電機工程碩士與物理學博士學位。他加入科大前,曾於美國史丹福大學擔任博士後研究學者。

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 杜勝望教授(左)、物理學系講座教授雷明德教授(中)及研究團隊。
杜勝望教授(左)、物理學系講座教授雷明德教授(中)及研究團隊。
 科大物理學家成功調控光子形狀,創造光腔裝載效率最高紀錄。
科大物理學家成功調控光子形狀,創造光腔裝載效率最高紀錄。
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