西安交通大学量子光学与量子信息研究所


西安交通大学量子光学与量子信息研究团队隶属于理学院物理学科,是一个方向以物理为主、涵盖多分子材料、化学、计算科学等多学科交叉的、理论与实验相结合的研究团体;团队现有20 人,主要为青年学者,平均年龄为37 岁,全部具有博士学位,其中教授7 人,副教授8 人,有16 人具有在海外长期学习和工作的经历;团队中有1 人入选教育部跨世纪人才计划,6 人为教育部新世纪人才。团队致力于量子信息处理和量子计算、相干原子介质光学性质的调控与光学信息处理、光子轨道角动量与高维量子信息和量子计算、量子体系超快过程的调控等方向的研究。
目前,团队主持“973”计划项目子课题1 项, “973”前期预研项目1 项,国家优秀青年基金1 项,国家自然科学基金项目12 项,教育部博士点基金项目7 项;已完成“973”计划项目子课题1 项,国家自然科学基金项目15 项;在Physical Review 系列、Chemical Society Reviews、Optics Express、Optics Letters、Applied Physics 等国际著名物理期刊上发表高水平SCI 论文400 余篇,总引频次超过4000 次,其中5 篇论文单篇引用超过50 次;论文“Multiatom and resonant interaction scheme for quantum state transfer and logical gates between two remote cavities via an optical fiber”[Phys. Rev. A 75 (6): Art. No. 062336 (2007)] 被评为2007 年中国百篇最有影响国际论文;按美国物理学会网页最新公布的统计,截至2012 年底,已有两篇论文引用超过100 次,分别排在该学会所属的Phys. Rev. A刊物2007 年度被引用最多的10 篇论文中的第五和第十名。
团队曾获 1 项教育部高校自然科学一等奖,1 项教育部提名国家科学技术奖自然科学一等奖,1 项教育部科技进步二等奖,1 项省高校科技进步一等奖、1 项省科技进步三等奖,1 项陕西省青年科技奖;国家自然科学基金项目“利用单原子微激射器获得非经典腔场的研究”被基金委信息科学部评为优秀完成项目。
团队已拥有 150 平米超净恒温实验室,已建成冷原子物理、关联成像、量子计算与量子通信研究实验平台。实验在用的大型设备包括:Quasi-CW UV 激光器1 台,主要用于泵浦非线性光学晶体产生关联光子对或纠缠光子源;Toptica DL-100 半导体激光器系统4 台,主要用于精确操控原子能态,研究原子相干及非线性作用的物理机制;滨松 X10489-07 空间光调制器3 台,主要用于计算机操控光学波阵面相位变化,产生不同光束传输模式;Andor iXon-Ultra-897 单光子EMCCD 成像系统1 套,主要用于原子吸收成像和弱光成像;多台单光子探测和符合测量设备;以及用于自动和快速数据采集和处理的Labview 时序控制系统。

Research Topics:

           量子光学与量子信息理论

           超短激光脉冲与量子系统超快过程调控

           量子光学与量子信息实验

 

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微波与光恋爱的媒人


有一句话这么说,世界上最远的距离,是我跟你在一起,向你撒娇,你却在玩手机。当两个恋人的思维不在一个波段时,自然就会鸡同鸭讲,无法继续下去了。打开收音机,调整接收频率,我们可以收听很多个台。同样都是电磁波,不同波段之间可以互相穿过对方,却互不影响。要让不同波段的电磁波“谈恋爱”,我们需要一个“媒人”。电磁波的频率相差越大,越难相互影响,媒人就越难找到。通常用于通信的电磁波,波段距离最远的就是微波与可见光了。如果要让微波与可见光之间谈恋爱,能找到媒人么?答案是能找到,最好的媒人就是光力学系统。

光力学系统是过去几年量子光学领域最火爆的一个题目。一开始,人们的关注点在于如何把其中的宏观机械振子的运动用光冷却到量子基态。正当全世界众多研究机构的科学家们为此通宵达旦的做实验争取第一个达成时,在2010年UCSB的一个研究组另辟蹊径,直接把高频率(6GHz)的振子放置在低温环境(20mK)中,实现了宏观振子的量子基态冷却。最大的桃子被摘掉之后,其他人只好另辟蹊径,寻找光力学系统的应用。

最容易想到的应用就是用它来实现某些非线性光学器件。比如说,光的单向器,非经典光的光源什么的。后来,美国国家标准局的一些科学家想到了,如果我们让一个机械振子与两个不同频率的光同时耦合,是否可以通过振子作为媒介来实现两种光之间的转换呢?他们很快就把这个想法推到极致,干脆我们就研究微波与可见光之间的转换吧。理论分析表明,用机械振子做的频率转换器,效率可以做到接近1,转换过程中,光信号的相干特性也可以得到很好的保持。经过几年的努力,在今年他们终于实现了从微波到可见光的频率转换器。要实现高效且无噪声的转换器,还需要进一步的提高技术指标。

技术的发展可以解决微波与可见光波段不同无法沟通的问题,但是无法解决你需要倾诉时,你的恋人却在玩手机的问题。也许我们需要发明一个通讯器,让人与人的大脑通过无线电波直接交流。可脑电波的频率只有几赫兹,要转换为通讯用的微波频率几兆赫兹,将极为困难。也许光力学系统在这个技术上也能发挥作用?