本报讯（记者严涛）山西大学激光光谱研究所教授贾锁堂、肖连团、肖艳红团队在原子系综自旋压缩与光压缩的联合制备研究方面取得进展。他们首次实验实现了光和原子的联合压缩。相关研究成果近日发表于《物理评论快报》。
自旋压缩态和光压缩等量子纠缠态一直以来都是物理学的前沿研究方向之一。光压缩和自旋压缩态的制备与应用往往都是在不同的实验中实现。二者的联合压缩不仅可以节约资源，而且在量子计量学和量子信息等领域有新的潜在应用。然而，因为光压缩和原子自旋压缩的制备一般需要不同的物理过程，迄今除了一些理论方案之外，它们的联合制备在实验上仍是一项挑战。
以往研究中，基于非线性相互作用的光压缩几乎不对原子态产生影响，而以光为媒介的自旋压缩一般不提供光压缩所需的反馈机制。针对该问题，团队在理论上研究了周期性短光脉冲的频闪光场与原子的相互作用过程。他们发现，在精心设计的一种原子和光的对称相互作用下，光和原子能互为量子信息中介，从而实现联合压缩。
基于提出的方案，团队首次实验实现了光和原子的联合压缩，成功运用一个原子系综同时实现了0.61±0.09db原子自旋压缩和光压缩。相较于先前基于量子非破坏测量的条件自旋压缩，该联合压缩过程是确定的，其制备的光场和集体原子自旋都有固定的压缩方向。
研究团队还发现，尽管相互作用是对称的，但因为原子在空间上相对固定，而光子总处于飞行和量子态更新的状态，原子的自旋压缩比光压缩更容易受到噪声的破坏。基于这一认识，研究人员后续将探索更有效的压缩方案，通过增加原子介质的光学厚度进一步提高压缩度。
上述新型光和原子的同时压缩态在量子精密测量和量子网络中均有重要应用价值。该研究提出的方案能扩展到光机械、冷原子和离子阱等其他量子平台。
相关论文信息：
https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.133.173604