近日，四川大学物理学院特聘副研究员宾倩与合作者在《物理评论快报》发表最新研究成果，提出一种新方法，显著提升了腔量子电动力学（QED）系统中的单原子协同参数，为增强量子操控提供了新路径。

强的光-物质相干相互作用在从量子信息处理到精密传感的诸多应用中都具有至关重要的作用。单原子协同参数刻画了腔量子电动力学（QED）系统中相干相互作用与耗散过程之间的平衡，直接决定了量子操控的可行性与效率。

近年来，里德堡原子因其大电偶极矩、长寿命以及易操控等独特性质，在量子信息处理中受到广泛关注。然而，高激发的里德堡原子的大原子半径给其与纳米腔或微腔的耦合带来了挑战。相比之下，毫米或厘米量级的宏观腔更适合与里德堡原子。但多数宏观腔QED系统难以获得较高的协同参数，因为在常规的大尺度腔体中同时实现高品质因子Q和小模式体积V比较困难。

在本研究中，研究人员提出了一种在特殊法布里–珀罗腔中实现大单原子协同参数的方法，突破了传统腔中Q与V的权衡。具体而言，通过在法布里–珀罗腔上引入“双翼”结构，并逐步增大翼的宽度，可以在不改变模式体积V的前提下，实现品质因子Q的指数级提升。这使得在传统亚波长法布里–珀罗腔中可以同时实现高Q与小V，从而带来Q/V比值以及单原子协同参数的指数增强。即便在存在镜面耗散的情况下，该结构依然能够获得超高的Q/V比值和极大的单原子协同参数。

该研究所提出的结构为克服退相干、延长光子的相干操控时间提供了一种全新的平台，并在建立长距离量子通信网络，提高量子传感器的精度和稳定性以及提高量子算法的效率方面具有重要的应用潜力。

相关论文信息：https://doi.org/10.1103/7frd-pf1m