香港科技大学物理学家成功调控光子形状 创造光腔装载效率最高纪录
香港科技大学(科大) 物理系 副教授杜胜望及其研究团队，成功调控光子形状，令光腔装载效率大幅提升至百分之八十七，为现今最高纪录。这科学上的突破有望推动实现基于腔量子电动力学的高效量子信息网路，并为将来的量子信息发展奠定基础。有关研究成果近日刊登于物理学的国际权威刊物《物理评论快报》。
2012年诺贝尔物理奖的一半授予了塞尔日·阿罗什的腔量子电动力学的工作。在基于腔量子电动力学的量子信息网络中，光子来回于光腔间飞行，载有量子信息的光子被光腔捕获后，进行量子计算和信息传递。然而，要捕捉光子及将光子装载在光腔中并不容易，因为在光子进入光腔的过程中，可能被反射或直接穿过光腔。在以往的研究中，光子从自由空间载入光腔的效率约不超过百分之二十。
杜教授及其团队揭示了光子在光腔里波粒二相的奇特量子行为。他们的光腔由两面反射镜组成，其中一面镜子的反射率接近百分百，另一面的反射率较低，用来接受光子。研究发现，相对于一个特定的光学腔，光子有一个优化的波形；处于该优化波形的光子可以被光腔百分之百地接纳，而不会从入口处反射回去或逃离。杜教授及其团队通过改变光子形状和利用其波动量子干涉效应达到目的。
杜教授解释，他们采用一个「传告」的方案，利用镭射激发一团铷的冷原子产生纠缠的光子对，通过对其中一个光子的测量，剩下的光子就处于一个被「传告」的条件单光子态，这光子的波形，既可通过控制激发镭射的参数来调控，也可被「传告」后用外加的调制器改变。杜教授及其团队首次运用该技术，实现了破纪录的百分之八十七光腔装载效率，为将来的量子信息发展奠定基础。
杜胜望教授于2008年加入科大，并于2011年获科大理学院颁发杰出研究奖。杜教授毕业于南京大学，并在北京大学取得物理学硕士学位，亦于美国科罗拉多大学波尔德分校取得电机工程硕士与物理学博士学位。他加入科大前，曾于美国史丹福大学担任博士后研究学者。
杜胜望教授(左)、物理学系讲座教授雷明德教授(中)及研究团队。
科大物理学家成功调控光子形状，创造光腔装载效率最高纪录。