光学腔中腔量子电动力学系统的理论成果

乔玉洁 张 罡

（ 天津师范大学物理与材料科学学院，天津300387）

1 概述

光学作为一门最基础的物理学科，在物理学的发展过程中起到至关重要的作用。但随着研究的深入，物理学家们发现经典力学已经不足以描述微观系统，所以在20 世纪初由普朗克、玻尔、海森堡、薛定谔等一大批物理学家共同创立的量子力学带领大家进入了“新世界”，至此一些经典力学中无法克服的困难——波粒二象性、黑体辐射、光电效应等都得到了合理地解释，量子力学的快速发展推动了科学技术的进步，也促进了我们对光的性质的进一步研究与探索。当我们将量子场论与光学相结合，用量子力学的观点处理光与物质的相互作用时，量子光学的概念就此提出。腔量子电动力学作为量子光学的一个主要的领域，在过去几十年中取得了巨大的进展，在量子信息和量子计算方面也体现出了极大的应用潜力。

2 腔量子电动力学简介

腔量子电动力学概念的首次提出可以追溯到20 世纪40 年代，1946 年Edward M. Purcell 在美国物理学春季会议上的论文摘要中提到[2]：当自旋系统与共振电路耦合时，原子的射频跃迁的自发辐射率会发生变化，这就打破了在这之前人们普遍认为自发辐射是一种固有属性的说法，从而使更多的科学家们把注意力放在自发辐射和能级移动方面。1948 年，Casimir 和Polder逐渐把单个原子与导电平面之间的研究扩展到两个平行金属板之间的相互作用情况[3，4]，并发现了“Casimir 效应”。20 世纪50年代，微波激射器[5]的实现激发了人们对腔中物质与辐射场相互作用的深入研究，在这段时期内，电子自旋跃迁自发辐射率的修正被预测并得到实验证实[6]。……