日前，中山大學物理學院、光電材料與技術(shù)國家重點實驗室王雪華、劉進教授研究團隊在國際上首次實現(xiàn)了超快脈沖激光驅(qū)動下的固態(tài)二能級輻射子動態(tài)共振熒光光譜的實驗測量和按需調(diào)控。為超快脈沖作用下輻射子的超快時域振蕩提供了強有力的證據(jù)，為進一步理解光與物質(zhì)相互作用機理提供了新的思路，為提升量子光源的性能、構(gòu)建新型光量子態(tài)以及實現(xiàn)量子態(tài)的超快操控開辟了新的途徑。

二能級輻射子的共振熒光是量子光學理論與實驗研究中的重要課題，在現(xiàn)代光量子信息技術(shù)發(fā)展過程中扮演著關(guān)鍵的角色。經(jīng)過國際國內(nèi)持續(xù)多年的研究，人們對二能級輻射子在連續(xù)激光驅(qū)動下共振熒光的光子統(tǒng)計特性與光譜形成機制已經(jīng)有了比較清晰的認識。而當引入超快脈沖激光時，由于光與輻射子超短時間尺度下的相干相互作用，共振熒光呈現(xiàn)出與連續(xù)激光驅(qū)動相比截然不同的特性。迄今為此，超快脈沖共振熒光的動態(tài)光譜與時域演化過程尚未在任何二能級輻射子體系中得到實驗觀測。

該團隊瞄準超快脈沖作用下光場與二能級輻射子如何動態(tài)相互作用這一懸而未決的國際前沿問題，首次基于半導體量子點與微柱腔的耦合實現(xiàn)了超快脈沖激光驅(qū)動下二能級輻射子動態(tài)共振熒光光譜的實驗測量，并觀測到了邊帶非對稱性，邊帶時序性等新穎量子效應。這項研究對進一步提升量子光源性能、構(gòu)建光子數(shù)疊加態(tài)、光子數(shù)糾纏態(tài)等新型光量子態(tài)以及實現(xiàn)量子態(tài)的超快操控具有重要意義。

圖1. 動態(tài)共振熒光的光譜邊帶非對稱性和時序性

相關(guān)研究成果以“Dynamic resonance fluorescence in solid-state cavity quantum electrodynamics”為題于2024年1月10日發(fā)表在國際頂級期刊Nature Photonics上。中山大學為該成果的第一署名單位，中山大學博士后劉順發(fā)為論文第一作者，斯坦福大學Chris Gustin和中國科學院半導體研究所博士研究生劉汗青為論文的共同第一作者。中山大學王雪華教授和劉進教授為論文共同通訊作者。中山大學喻穎副教授、中國科學院半導體研究所倪海橋研究員與牛智川研究員在量子點生長方面提供了重要支持，加拿大女王大學的Stephen Hughes教授在理論方面做出了重要貢獻，中山大學博士研究生李學詩對本工作的實驗部分亦有貢獻。該工作得到了國家重點研發(fā)計劃項目、國家自然科學基金項目、廣東省重點領(lǐng)域研發(fā)計劃項目等的大力支持。

論文鏈接：https://www.nature.com/articles/s41566-023-01359-x