编者按

量子光学是研究光的量子特性及其与物质相互作用的前沿学科，揭示了光的非经典行为与物质的量子调控规律。作为一门高度交叉的学科，量子光学融合了非线性光学、量子电动力学与凝聚态物理等领域的知识体系，并推动了包含量子通信、量子精密传感、量子计算和模拟三大分支的发展：与通信技术相结合催生了多种量子通信应用，与精密测量学结合实现了超越经典极限的测量精度,与计算机科学结合孕育了一系列的量子计算和模拟方法。在量子调控方面，除了纯光系统的量子调控，光与原子相互作用也是量子信息处理的关键组成部分：激光冷却、光晶格与光镊技术可将原子精确排布成为人工晶格，实现单原子级操控； 里德伯原子介导的微波-光学转换器，有望解决超导量子比特与光纤网络的互联难题，推动跨频段量子态传输等。这些调控手段为量子模拟与计算、量子精密测量与传感提供了更多更好的平台。

联合国教科文组织宣布将 2025年定为“国际量子科学与技术年”，旨在庆祝量子科学在过去一个世纪对科技进步的贡献，并确保所有国家都能获得量子教育和机会。近年来，我国学者在量子光学研究领域取得了重要的进展，一批具有国际影响力的科学家得以迅速成长。一方面，随着光的量子特性及其与不同体系物质相互作用不断突破，加深了我们对其量子力学的认识；另一方面，我国在量子通信、量子精密测量、量子计算和模拟领域也取得极大的进步。

为此，受《物理学报》编辑部委托，我们邀请了十余位国内优秀中青年科学家，组织了“量子光学原理与应用”专题。专题包括量子光学及量子信息最新研究结果，涵盖非互易、非厄米动力学、 EP点、光场量子统计特性等量子光学研究，亦涉及量子光源、量子存储、超冷原子、离子阱操控量子调控研究。同时，还介绍了量子人工智能、量子隐形传态网络、光钟、量子磁探测、量子光谱与成像、量子弱测量等量子信息领域最新进展。专题文章形式包括综述、研究论文等，希望本专题能够为相关领域学者提供参考，吸引更多学者进入本领域开展研究，特别是青年科学家，推动量子光学相关研究的协同创新及多学科、多平台、多技术的交叉研究。

客座编辑

贾晓军

山西大学

武海斌

华东师范大学

张利剑

南京大学

专题文章

量子光学原理与应用专题编者按 

贾晓军，武海斌，张利剑

物理学报, 2026, 75(4): 049001

DOI: 10.7498/aps.75.049001

CSTR: 32037.14.aps.75.049001

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研究论文

室温表面电极离子阱中的多离子相干操控

谢艺，陈婷，王弘扬，陶毅，张鑫，陈岩，张杰，吴伟，陈平形

物理学报, 2025, 74(24):240301

DOI: 10.7498/aps.74.20251454

CSTR: 32037.14.aps.74.20251454

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摘要：高性能表面电极离子阱是构建可扩展离子阱量子计算机的关键平台。在室温下实现多离子相干操控，是迈向量子纠错与大规模集成的关键步骤。本文报道了在自主研制的室温表面电极离子阱中，单离子与多离子相干操控的研究进展。该芯片阱在轴向与横向分别实现了低至0.074(8) quanta/ms(@833 kHz)与0.237(51) quanta/ms(@1.3 MHz)的加热率。结合电磁诱导透明(EIT)冷却与边带冷却，单离子被冷却至平均声子数0.04(2)以下。在此基础上，利用载波与边带跃迁对多达20个离子进行了全局相干操控，观测到由集体振动模式介导的离子间耦合，并清晰地展示了不同位置离子因高阶振动模式向量差异而呈现出的特异相干演化行为。本工作充分验证了在微型表面电极离子阱的单势阱中囚禁与相干操控链状和二维多离子的能力，为在芯片电极离子阱中实现高效的多离子纠缠态制备和量子模拟奠定了物理基础。

基于布洛赫振荡的非亚反冲⁶Li原子的动量转移

余石川，张亮，樊健，尹梦佳，邓书金，武海斌

物理学报, 2026, 75(4):040301

DOI: 10.7498/aps.75.20251397

CSTR: 32037.14.aps.75.20251397

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摘要：原子干涉仪可以实现反冲频率的高精度测量，对于确定精细结构常数至关重要。本文在⁶Li冷原子团中基于布洛赫振荡发展了一种大动量转移技术，通过将原子装载至高阱深的光晶格中并对布洛赫激光频率进行绝热啁啾，在远高于反冲温度的条件下实现了40倍反冲动量的大动量转移，在该动量下转移原子数目可达5×10⁶。研究还发现，在高温条件下初速度与光晶格加速方向一致的原子更容易被加速。该大动量转移技术有望大幅度提高⁶Li原子反冲频率的测量精度，为后续在⁶Li原子干涉仪中实现精细结构常数的高精度标定提供重要参考。

基于冷原子磁场调控的光量子存储

董亮，陈琳瑜，王兴昌，梁馨云，左瀛，陈洁菲

物理学报, 2026, 75(4):040302

DOI: 10.7498/aps.75.20251399

CSTR: 32037.14.aps.75.20251399

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摘要：光量子存储器在量子计算、量子传感、量子通信等领域有非常重要的地位。冷原子系统因具有优异的量子相干特性、可控性和极佳的弱光场处理能力，成为实现高质量光量子态存储的重要平台之一。其中雪茄型结构的冷原子系综由于光学深度可达100以上而具备高效的存储性能。然而外界不均匀的剩余磁场，使其存储寿命在使用过程中受到了极大的限制。本文研究了由囚禁线圈关断残余及环境涡旋电流产生的非均匀磁场引发的原子自旋退相干问题。理论和实验表明，直流磁场能提供量子化轴，而且可抑制非均匀磁场的影响，并调控自旋退相干与重相干周期。进一步地，演示了在磁子能级的光学泵浦过程中，泵浦光功率可有效控制原子布居占比，从而精准控制退相干和重相干发生的强度。基于以上磁场调控结果，本文提出了一种双时间点的光子纠缠态的产生、存储和测量方案。基于冷原子系综制备的光子对是窄线宽，其在时间点上编码的光子纠缠态在长距离传输中更稳定。利用外加磁场的方式调控原子自旋波退相干、重相干的周期时间，可以选择性地将双时间点的原子自旋波转化为对应时间的读光子，从而构建正交的时间点测量基矢。

受飞行里德伯自旋控制的光学涡旋非互易传播

王奕璇，刘一谋，吴金辉

物理学报, 2026, 75(4):040403

DOI: 10.7498/aps.75.20251375

CSTR: 32037.14.aps.75.20251375

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摘要：自旋原子团与里德伯原子系综通过位置依赖的非共振偶极交换相互作用相耦合，构成具有偶极交换诱导透明的复合量子系统。飞行自旋原子团与目标里德伯原子系综具有宏观相对运动，诱导目标里德伯原子系综产生光学非互易性。涡旋光束不仅携带轨道角动量且具有复杂的三维空间结构，其与位置依赖的相干原子系统的耦合有望展现出新颖的物理现象。本文深入探讨了受飞行自旋原子团控制的里德伯原子系综中涡旋光束非互易传播的动态调控。通过分步傅里叶传播方法，对探测光束在系综中的空间演化进行了详细分析，结果表明自旋原子团运动速度以及探测场失谐是影响涡旋光束非互易性的关键因素。通过对二者进行协同调节，可以灵活控制涡旋光束二维波阵面经非互易传输后的强度和相位分布。本研究不仅拓宽了非互易光学器件设计和优化思路，同时指出此类光学非互易调控可作为二维涡旋光束整形的潜在技术手段，在光信息处理和量子通信等领域具有潜在应用价值。

专题文章网站链接：

https://wulixb.iphy.ac.cn/topics