受限光子系统与原子耦合的动力学与量子操纵

与国际上量子器件和固体量子计算的最新实验相联系，并以自己已有工作为基础，研究受限结构与自然或人工原子量子相干耦合对量子态演化的影响，包括偏振和空间模式等自由度，探索新型结构中光与物质相互作用的具体物理机制，以及系统中粒子的集体激发，释放光场的整个过程，了解量子关联和量子纠缠所表现的物理特征。分析在不同的空间尺度、时间尺度上对光量子态进行人工的相干操控，以及可以实现这种可控时间演化功能的人工量子系统，加深人们对各种复杂人工系统的量子态知识的了解，发展复杂结构的波函数工程，并开发这些人工结构在未来量子信息器件中的可能应用。

我们按项目的研究计划进行研究，项目进展比较顺利，取得了一定研究结果，已经发表8篇SCI论文文章。我们对下面问题进行了探讨：如何利用单个原子的自发辐射、或原子系综的量子相干性等方法控制量子信道中光子的运动状态。在构建工作在耦合腔波导中的单光子器件方面，1）我们对与耦合腔波导局域耦合的单个原子自发辐射进行了探讨，发现可通过调节外加周期性驱动外场的强度和频率，改变体系的动力学，从而出现量子Zeno效应，或量子反Zeno效应。2）利用单个原子与一维耦合腔阵列的非局域耦合构建了一个内秉的Mach-Zehnder干涉仪。3）利用循环原子构造一个两信道量子路由器。4) 利用暗态可以将单个光子储存在相隔一段距离且有偶极相互作用的两原子中。在研究通过原子系综的信号光束的动力学行为方面：1）对因暗态极化子具有磁矩而导致光偏转的实验，我们提出利用弱测量来放大信号光的偏转角度。2）提出利用横向周期性分布和线性变化的磁场来保持入射光束横向波包形状，使不同偏振的光进行分裂，且每一偏转的光在横向做周期性的往复运动。