【儀表網(wǎng) 研發(fā)快訊】中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)郭光燦院士團隊在冷原子共振熒光研究中取得重要進展。該團隊李傳鋒、王健等人揭示了共振熒光中的多光子散射過程，提出并實現(xiàn)了一種基于單個二能級原子制備多光子糾纏態(tài)的新方法，拓展了對共振熒光物理過程的認識，為多光子糾纏在量子計算和量子網(wǎng)絡(luò)等領(lǐng)域的應(yīng)用提供了新的途徑。相關(guān)研究成果以“Observation of multiphoton entanglement in resonance fluorescence”為題，9日24日在線發(fā)表于國際知名學(xué)術(shù)期刊《自然·光子學(xué)》(Nature Photonics)。
 

　　共振熒光是量子光學(xué)中研究光與物質(zhì)相互作用的基本物理過程，也是產(chǎn)生非經(jīng)典光的重要途徑。研究團隊前期圍繞共振熒光中的雙光子過程開展了系統(tǒng)研究，揭示了雙光子過程所蘊含的量子關(guān)聯(lián)，成功實現(xiàn)光子糾纏對的制備[Phys. Rev. Lett. 134, 053401 (2025)]。在此基礎(chǔ)上，一個自然的問題是：當(dāng)相互作用進一步拓展到三個乃至更多光子時，最簡單的二能級原子能否產(chǎn)生更高階的多光子關(guān)聯(lián)與糾纏？這些高階過程又具有怎樣的物理性質(zhì)？
 

　　理論研究表明，在弱光驅(qū)動下，二能級原子的量子漲落能夠誘導(dǎo)多光子參與的非彈性散射過程：多個光子可以共同與原子發(fā)生相互作用，隨后以具有量子關(guān)聯(lián)的光子束形式輻射出來。這些高階散射過程與原子的相干輻射場發(fā)生相消干涉，使其在通常的光譜和光子關(guān)聯(lián)測量中的信號十分微弱，因而難以被直接觀測到。為此，研究團隊利用單個87Rb原子與光纖微腔構(gòu)成的腔量子電動力學(xué)系統(tǒng)，增強原子與光場的相互作用并提高光子的收集效率，同時利用窄帶光學(xué)腔(Notchfilter)有效抑制強烈的相干背景，從而提取出其中的量子漲落成分。實驗中，研究團隊觀測到明顯的三光子和四光子聚束現(xiàn)象，直接揭示了共振熒光中的高階多光子散射過程。
 

　　進一步研究表明，這些多光子散射過程不僅表現(xiàn)出高階光子關(guān)聯(lián)，還能夠產(chǎn)生多光子糾纏。研究團隊對三光子量子態(tài)進行實驗檢驗，結(jié)果顯示其以超過三個標(biāo)準(zhǔn)差違背Svetlichny不等式，由此驗證了三光子之間的真正三體能量-時間糾纏。在此基礎(chǔ)上，研究團隊利用所制備的三光子糾纏態(tài)演示了量子秘密共享協(xié)議。實驗表明，只有至少兩名參與者協(xié)同利用各自的測量結(jié)果，才能完整恢復(fù)共享信息，驗證了該多光子糾纏光源在多方量子通信中的應(yīng)用潛力。
 

　　該研究揭示了共振熒光中此前未被直接觀測到的高階多光子散射現(xiàn)象，并建立了一種帶寬兼容物質(zhì)系統(tǒng)的多光子糾纏態(tài)的制備新方法。與依賴復(fù)雜能級結(jié)構(gòu)或人為設(shè)計相互作用的多光子糾纏制備方案不同，該方法利用量子發(fā)射體共振熒光中內(nèi)稟的多光子散射過程產(chǎn)生糾纏，具有物理機制簡單、對量子發(fā)射體結(jié)構(gòu)要求較低等特點，并可推廣至量子點、囚禁離子、固體色心和超導(dǎo)量子系統(tǒng)等不同量子平臺，為多光子糾纏的制備及其在量子計算和量子網(wǎng)絡(luò)中的應(yīng)用提供了新的途徑。
 

　　我校物理學(xué)院周小龍博士后，王健副研究員為論文的共同第一作者。該研究得到科技部、合肥國家實驗室、國家自然科學(xué)基金委和中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)的支持。
 

　　引用：中國科大首次觀測到共振熒光中的多光子糾纏 中國科學(xué)技術(shù)大學(xué) 【引用時間：2026年9月28日】