中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)郭光燦院士領(lǐng)導(dǎo)的中科院量子信息重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室在自旋壓縮研究方面取得重要進(jìn)展。該實(shí)驗(yàn)室周正威等在單個(gè)光學(xué)微腔中利用相位鎖定技術(shù)，提出了產(chǎn)生雙軸自旋壓縮態(tài)的新方案。相關(guān)研究成果2月24日發(fā)表在《物理評(píng)論快報(bào)》上 [Phys. Rev. Lett. 118, 083604 (2017)]。

　　自旋壓縮態(tài)是量子測(cè)量領(lǐng)域一類非常重要的問題，在精密測(cè)量方面有重要的應(yīng)用。自旋壓縮態(tài)主要有兩類——單軸自旋壓縮態(tài)和雙軸自旋壓縮態(tài)。其中利用單軸自旋壓縮態(tài)可以實(shí)現(xiàn)超越經(jīng)典極限(測(cè)量精度正比于 , 是粒子數(shù))的測(cè)量，即測(cè)量精度正比于 ;利用雙軸自旋壓縮態(tài)則可以實(shí)現(xiàn)比單軸壓縮更高的精度，達(dá)到海森堡極限(正比于 )。由于自旋壓縮態(tài)在提高測(cè)量精度方面的重要性，自1993年在理論上提出來以后，吸引了研究人員非常多的努力。目前，人們?cè)趯?shí)驗(yàn)上已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了單軸自旋壓縮態(tài)，但雙軸自旋壓縮態(tài)還未能在實(shí)驗(yàn)上制備出來。其主要原因是，相對(duì)于制備單軸自旋壓縮態(tài)，產(chǎn)生雙軸自旋壓縮態(tài)需要更為復(fù)雜的非線性相互作用，而之前的理論方案都比較復(fù)雜，對(duì)實(shí)驗(yàn)技術(shù)都有著比較苛刻的要求，從而很難在目前的技術(shù)條件下實(shí)現(xiàn)。

　　周正威和周祥發(fā)等人提出了一個(gè)更為簡單的實(shí)現(xiàn)雙軸自旋壓縮態(tài)的新方案。他們?cè)趩蝹�(gè)光學(xué)微腔中通過相干操控的方法，鎖定原子與外加光場(chǎng)之間耦合的相位，在虛激發(fā)微腔模式的輔助下，實(shí)現(xiàn)了產(chǎn)生雙軸自旋壓縮態(tài)的非線性相互作用。

　　他們通過數(shù)值模擬驗(yàn)證了此理論方案的可行性，以及在存在耗散情況下的穩(wěn)定性，并研究了該方案的可擴(kuò)展性——借助光子在兩個(gè)耦合光學(xué)微腔間的隧穿，此方案還可以用于實(shí)現(xiàn)雙模壓縮態(tài)。這項(xiàng)研究成果在自旋壓縮態(tài)研究方面有重要意義，為現(xiàn)階段在實(shí)驗(yàn)上實(shí)現(xiàn)雙軸自旋壓縮態(tài)提供了新的可能性。

　　中科院量子信息重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室博士生張永昌為文章的第一作者，這項(xiàng)工作得到國家基金委、中科院、科技部和教育部的資助。在職研究生網(wǎng)