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荆杰泰

单位:精密光谱科学与技术国家重点实验室

研究方向:原子分子光物理、量子光学、激光物理、量子信息以及量子精密测量。

个人主页: http://faculty.ecnu.edu.cn/s/587/main.jspy


研究方向

原子分子光物理、量子光学、激光物理、量子信息以及量子精密测量。


社会兼职

回国后先后被列入教育部新世纪优秀人才‚上海市“东方学者”特聘教授‚上海市“东方学者”特聘教授跟踪计划,上海市“曙光学者”计划‚上海市“浦江人才”计划等。

担任本领域包括Applied Physics Letters、Optics Letters、New Journal of Physics、Optics Express等在内的国际国内重要学术期刊的审稿人。 

担任2018年国际量子通讯测量和计算大会Quantum Communication, Measurement and Computing(QCMC)的程序委员会(Program Committee)

美国光学学会终身会员 (Lifetime Member)


学术成果

长期从事量子光学、原子分子物理的实验和理论研究,主要在量子光源(包括量子压缩态、量子纠缠态等非经典光场)产生及其在量子信息处理和量子精密测量中的应用方面做了一系列的研究工作。论文发表在Physical Review Letters、Applied Physics Letters、Optics Letters、Physical Review A、Optics Express、New Journal of Physics、Nature Physics、Nature Communications等国际重要学术期刊上,目前SCI总引用为1200次,其中他人引用1069次。


近五年来在基于原子系综量子光源的实验产生及其在量子信息处理和量子精密测量的应用方面取得了一系列的研究成果,尤其是新型量子干涉仪和量子关联多光束的实验和理论研究,相继发表在国际重要学术期刊上30余篇论文,包括26篇通讯作者论文,其中23篇为唯一通讯作者论文,包括物理学专业顶级期刊Physical Review Letters,Applied Physics Letters,Optics Letters,New Journal of Physics,Physical Review A,Optics Express以及Nature Communications。


先后主持包括国家自然科学基金委“精密测量物理”重大研究计划重点支持项目、国家自然科学基金委面上项目、上海市科委以及上海市教委等多项国家及省部级科研项目。并多次获得省部级人才项目资助和奖励,如教育部 “新世纪优秀人才” 支持计划(2010 年)、上海市“东方学者跟踪计划”(2015)、上海市“东方学者”(2010),上海市教委 “曙光学者” 人才计划(2011年)、上海市科委 “浦江人才” 计划(2009年)。


指导的研究生先后共有1人次获得2014年王大珩高校学生光学奖,4人次获得研究生国家奖学金,1人次获得上海市优秀毕业生。


受邀担任2018年国际量子通讯测量和计算大会Quantum Communication, Measurement and Computing (QCMC)的程序委员会(Program Committee);受邀担任2017年第一届量子世界大会(1st Annual Conference of Quantum World)中Light Quantum, Photon, Single Photon论坛的共同主席(co-chair).


近五年主要学术成果:

一.利用原子系综直接产生量子光源的实验和理论研究

A.基于级联四波混频过程产生多光束量子光源的实验研究

多光束量子光源对于量子物理的基础研究,以及将来的量子信息处理、构建多节点量子网络都是不可或缺的资源。我们在实验上利用两个原子系综串联实现了级联四波混频过程,产生了具有7 dB量子关联的三光束,证明了他们之间的量子关联相比单一四波混频过程的量子增强,研究成果发表在物理学顶级专业期刊Physical Review Letters 113, 023602 (2014)(通讯作者)。在此基础上,我们对三光束量子关联对系统参数,例如原子样品温度、泵浦功率等的依赖关系进行了详细的实验研究,找到了量子关联最优化的系统参数,研究成果发表在Applied Physics Letters 106, 211104 (2015) (通讯作者)。在这些研究的基础上,我们又提出了两个原子系综串并联相结合的级联四波混频过程方案,并且在实验上实现了两个原子系综情况下具有8 dB量子关联的四光束的实验产生,研究成果最近发表在Physical Review A 95, 023803 (2017) (通讯作者)。最近我们研究了单个原子样品池中,利用一个锥形光束泵浦原子系综,实现轴向探针光束放大和锥形共轭光束产生的多模四波混频过程,实验演示了轴向探针光束以及锥形共轭光束之间的量子关联及其多模特性,研究成果发表在Optics Letters 42, 1201 (2017) (通讯作者)。在此基础上,在单个原子样品池中,利用一个锥形泵浦光束和一个锥形探针光束,实现了一个锥形共轭光束的产生,研究了锥形探针光束和锥形共轭光束之间的量子关联,研究结果发表在Applied Physics Letters110, 241103 (2017)(通讯作者)。我们提出了一种利用单原子样品池,通过双光束泵浦直接产生多光束量子关联的方案,并且在实验上观察到了4.7dB的六光束量子关联,研究成果发表在Physical Review A (Rapid Communications)95, 051802(R) (2017)(通讯作者)。


B.基于四波混频过程产生低频双光束量子光源以及全光器件的实验研究

量子光源在量子信息、量子精密测量领域有着重要的潜在应用,因此开展量子光源的集成化以及小型化就显得非常必要。我们在实验上开展了利用半导体激光器实现原子系综四波混频,成功产生了压缩度为7 dB的量子关联孪生光束,并且其低频压缩可达到8 kHz,该研究成果发表在美国光学学会(OSA)的重要期刊Optics Letters37, 3141 (2012)(通讯作者)。追求高的量子关联度一直是高品质量子光源重要的一个指标,因此人们一直在寻找提高量子关联度的手段,我们在实验上把产生的量子光源注入到第二个四波混频过程中,实验上观察到了两光束之间量子纠缠度的量子增强,研究成果最近发表在Optics Letters 42,366 (2017)(通讯作者) 。全光器件,尤其是运转于低光强水平甚至单光子水平的全光器件,在全光通讯和量子信息中有着重要的潜在应用价值。我们利用原子系综中四波混频产生的锥形辐射,在实验上同时实现了光学“或门”和 “或非门”,以及在实验上实现了超低光水平触发下的全光三极管。文章发表在Applied Physics Letters101, 191113 (2012)(通讯作者)以及Applied Physics Letters 104, 151103 (2014)(通讯作者)。


C.关于原子系综量子光源的系列理论研究

在上述量子关联实验产生的基础上,为了下一步实验上深入全面研究这些四波混频体系的量子特性,我们开展了一系列相关的理论研究,包括基于相敏级联四波混频过程产生量子关联以及量子纠缠的理论研究Physical Review A95, 013811 (2017) (通讯作者)以及 Applied Optics 56, 2398 (2017) (通讯作者);在理论上详细研究了单四波混频过程中量子特性,预测了泵浦光、探针光以及共轭光三光束之间的量子纠缠,这一研究成果发表在Optics Letters 42, 2754 (2017)(通讯作者)。基于四波混频过程构建量子网络实现连续变量簇态的两种方案的理论研究Physical Review A91, 013843 (2015) (通讯作者)以及Physical Review A 90, 043841 (2014);级联四波混频产生的量子关联多光束中两两光束的量子关联特性理论研究Scientific Reports7, 40410 (2017) (通讯作者);级联四波混频产生的量子关联的最优化问题的理论研究International Journal of Theoretical Physics56, 822 (2017) (通讯作者)。


二.基于量子光源的新型量子关联干涉仪的实验和理论研究

测量是物理学的核心,不断提高测量精度一直是物理学家的追求,量子精密测量就是要利用量子力学的基本规律寻求更精密的测量手段,是量子技术重要的应用领域。因此我们开展了基于量子光源的新型量子关联干涉仪的研究。


A.量子关联干涉仪干涉对比度、信噪比和灵敏度实验研究

传统光学干涉仪的信噪比以及灵敏度最终受限于标准量子极限。在上述基于原子系综四波混频量子光源实验和理论研究的基础上,我们利用四波混频非线性过程替代传统光学干涉仪中的光学分束器和合束器,实现了一种新型量子关联干涉仪。我们首先研究了这种新型干涉仪的相关经典特性,如系统干涉对比度对系统参数的依赖关系,相关研究成果发表在Applied Physics Letters 102, 011130(2013)(通讯作者)上。在这些研究基础上,我们又利用量子检测手段在实验上演示了它的量子特性,发现它较传统干涉仪取得了4.1 dB的信噪比量子增强,这一成果发表在Nature Communications 5,3049(2014)。


B.量子关联干涉仪的相位锁定、损耗机理实验研究

我们研究了两种相位锁定的办法,最终利用相干调制锁定的办法成功实现了量子关联干涉仪相位的稳定锁定,为量子关联干涉仪的实际应用奠定了基础,研究成果发表在Applied Physics Letters107, 121106 (2015)(通讯作者)上。由于量子光源的量子特性极容易受到各种光学损耗的影响,我们在实验上研究了损耗对量子关联干涉仪性能的影响,研究表明干涉仪不同臂上的损耗对干涉仪输出噪声的影响也不一样,这对于量子关联干涉仪的实际应用以及量子系统的噪声控制有重要意义。这一研究成果发表在Applied Physics Letters 109, 051107 (2016)(通讯作者)。


C.其他新型量子关联干涉仪的研究

我们在理论上提出了一种基于原子系综四波混频过程的双模相敏放大器,并且研究了其对于量子关联和量子纠缠调控的物理机制,这样一种双模相敏放大器可以用于构建新型的量子关联干涉仪,研究成果发表在New Journal of Physics 17, 023027 (2015) (通讯作者)。我们在实验上利用两束相干光同时注入一个原子系综中,实现了这种双模相敏放大器,与线性分束器相比,我们把这种非线性过程称为非线性分束器,相关研究成果发表在Applied Physics Letters 108, 131106 (2016) (通讯作者)。我们利用四波混频非线性过程取代了传统Sagnac干涉仪中的光学分束器,提出了一种量子Sagnac干涉仪,并且理论上证明这种干涉仪的角速度灵敏度可以突破传统的Sagnac干涉仪,为下一步实验实现量子Sagnac干涉仪奠定了理论基础,研究成果最近发表在Optics Express, 25, 1350 (2017) (通讯作者)。我们在实验上实现了一种基于四波混频非线性过程和线性分束器的混合型量子干涉仪,详细研究了其干涉效率对系统参数的依赖关系,这一研究成果最近发表在Optics Express, 25, 15854 (2017) (通讯作者)。

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