确定性多光子束发射:通过干涉相互作用控制
超越单光子态的非经典光受控生成仍是量子光学领域的核心挑战,其难点在于如何增强多光子过程的同时抑制低阶激发。本研究提出了一种基于干涉-相互作用调控的方案,可在三个原子与正交腔模耦合的腔QED系统中实现可编程的少光子发射。通过绝热消除辅助法布里-珀罗腔,该团队生成了可调谐的腔介导自旋交换相互作用χ,结合可控几何相位ϕ,重塑了多体修饰态能谱。这种相互作用实现了激发流形(N=1,2,3)的选择性寻址,在激发结构与光子发射通道之间建立了直接映射关系。
当ϕ=0时,相长干涉增强了低激发流形的谱非谐性,产生了与N=1和N=2流形相关的可调谐单光子和双光子发射。而当ϕ=2π/3时,相消干涉抑制了低阶激发路径,激活了源自N=3流形的共振三光子通道。关键的是,腔介导相互作用χ进一步增强了流形间的光谱分离,在保持可观光子数目的同时显著提升了多光子纯度。实验数据显示双光子纯度提升三个数量级,三光子发射效率提高超过两个数量级。
该研究成果建立了一个统一的干涉-相互作用框架,通过相位和相互作用的可编程调控实现有效光学非线性的工程化设计,为高纯度多光子源和可编程量子光子器件提供了可扩展的实现路径。
量科快讯
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