近期，我校光电研究所、量子光学与光量子器件国家重点实验室腔量子电动力学研究团队在单原子阵列与光学腔强耦合的量子调控方面取得重要进展。该团队由张天才教授和李刚教授带领，在实验上首次实现了具有确定数目的一维单原子阵列和高精度光学微腔的强耦合。该实验研究成果发表在《物理评论快报》上。
现在，让我们走近论文的第一作者之一刘岩鑫博士，听他讲述项目研究过程中的故事。
拔新领异
强耦合腔量子电动力学(QED)主要研究微尺度光学腔中物质与光场的相互作用，并调控和测量该系统的量子现象。微光学腔能够改变局域在其中的电磁场分布，抑制或者增强真空涨落对原子辐射行为的影响，从而提高单原子与光场的相互作用强度，以便更顺利地观测单个原子和真空场的相互作用过程。该系统不但能够用于基础物理问题的研究，也能够为量子信息技术提供丰富的量子资源并演示若干量子信息技术的关键器件。然而，受高品质光学微腔制备、控制以及腔内受限空间中单原子量子操控等技术限制，光频区强耦合腔QED系统很长时间被限制在单个原子，扩展到多原子阵列面临许多技术挑战。确定性单原子阵列是量子计算和量子模拟的重要系统，将单原子阵列与光学腔结合能够实现更加丰富的量子现象，包括研究强耦合多体物理、演示量子计算模型以及分布式量子计算和量子网络等。但是，实现确定性的原子阵列与光学腔强耦合非常困难，需要在有限的空间精确地控制每个原子的位置，使其均匀稳定地处于光学微腔驻波模式的波腹。到目前为止，文献中报道的实验工作最多实现了两个中性原子与法布里-珀罗(F-P)腔或纳米光子晶体腔的最大耦合。
在相当长的时间里，学界主要以两个中性原子为对象进行实验。由于需要在有限的空间中精确控制原子的位置、温度和内态，很难在原子数目上扩展，相关进展颇为缓慢。刘岩鑫及其导师、同学在前辈的基础上再接再厉，克服重重困难，终于使这个自实验室成立以来钻研了二十余载的课题取得了重大突破。他们首次将一维单原子阵列和高精细度微腔结合，其原子数目由原来的1个扩展到8个，并在单原子水平上观测到确定性多原子的真空拉比分裂。
刘岩鑫所在团队的成果在单原子水平上确定性地验证了由量子光学家Girish S Agarwal预言的光与原子相互作用过程中著名的根号N关系（N为原子个数），实现了确定性多原子与光学腔强耦合，为研究强耦合多体相互作用、TC模型下的多原子多光子动力学行为、基于多原子量子比特的量子网络以及由光子诱导的相互作用下的多体物理等奠定了基础。
行远自迩
“九层之台，起于累土；千里之行，始于足下”，瞩目成果取得的背后是长期不懈的努力与坚持。
刘岩鑫从小就对物理情有独钟。“选择物理作为专业，主要是因为我喜欢探索的感觉。小时候我在电视上看到，不少物理学家发现了许多宇宙中不曾为人注意的现象。我感觉他们很厉害、很有思想。大概从那时起，我就想成为像他们一样杰出的科学家。”
带着这样的梦想，刘岩鑫一直认真对待自己的学业。自进校起，他利用学校图书馆的丰富资料和院系的优质平台，系统学习了经典光学、量子力学等课程，积极向老师请教问题。大四那年，刘岩鑫参加了学校优才计划，保研到光学专业，研究生期间便师从李刚教授参与科研项目，后来又如愿在光电研究所继续读博。加入张天才-李刚团队后，刘岩鑫主要参与单原子阵列和微腔强耦合的研究课题，日常负责实验系统的维护和导师想法的实验实现。
“士不可以不弘毅”。基础学科的钻研需要很强的毅力，刘岩鑫在长期的学习研究中已经磨炼出了这种品质。进入实验室不久，刘岩鑫接到了“一维单原子阵列的俘获”实验课题。然而实验室此前并未做过类似实验，刘岩鑫等成员更没有相关的实验经验。但刘岩鑫没有被这个“下马威”吓倒，而是积极查阅相关资料，提出自己的思考和建议。有几次他为了实验熬到深夜，整个人脸色憔悴，一双眼睛却仍炯炯有神。实验对装置要求很高，刘岩鑫和同学们不断调整、测试，终于在历经二十多天的努力后首次在实验上观测到了单原子阵列信号。同学们将实验装置团团围住，啧啧赞叹，刘岩鑫忍不住欢呼起来。这是实验室第一次实现相关实验，身为参与者之一的刘岩鑫具有荣焉，如今回忆起当时的坚持与成就依然难掩激动。
有时，成功的取得甚至需要壮士断腕的决心和勇气。在微腔锁定时，实验出现了差池，一个多月来始终无法锁定系统的核心器件微腔。彼时实验系统已搭建了一半以上，刘岩鑫等人在短暂的犹豫后及时止损。他们忍痛将之前的心血推倒重来，以全部拆除实验系统为代价找到了问题所在，重新一步一步进行实验与数据分析，终于锁定了微腔的长度，为接下来进行更深入的实验奠定了基础。
除了专心致志做研究外，刘岩鑫也是一个非常热爱生活的学生。博士的科研压力通常很大，但对于已经找到适合自己节奏的刘岩鑫而言，平衡学习、科研和日常生活之间的关系并非难事。自律的他以周为单位，给自己制定了详细的计划，工作日充满了极强的学习紧迫感，周末则完全享受放松的感觉，在工作日和周末之间设置了鲜明的界限。刘岩鑫坦言：“不能把科研当成自己的全部，我们专注于学习、科研的目的是日后更好的生活，而非变成研究的机器。”无论是和老师与同学在球场肆意挥洒汗水，和女友骑车追逐汾河边夹杂着潮湿水汽的暖风，还是独自去游泳馆浮游击水，刘岩鑫总能找到为自己“充电”的方式，再元气满满地迎接新一周的学习与挑战。
同心断金
“众人拾柴火焰高”。刘岩鑫在采访时充满感激地表示，一路并肩前行的同门和老师使他在学习与生活中受益良多。
作为同龄人，团队里的同学们总有聊不完的话题。对刘岩鑫而言，自己的同门往往是他遇到问题的第一讨论者，而其中对他影响最大的莫过于王志辉师兄。王志辉从大四起即进入张天才教授组参与科研项目，现为我校光电研究所博士后，与刘岩鑫同为本次研究成果论文的第一作者，具有丰富的专业知识与实验经验。刘岩鑫说：“导师有事时就是王志辉师兄来带我们，他会教导我们实验技巧，监督我们认真开展实验研究，具体化实验方案的执行步骤，可以说相当于我们的第二个导师。”不管是平时的课业，还是本次研究单个中原子操控、光频区强耦合腔QED以及论文撰写中，刘岩鑫和他的同学们不断调整、优化实验方案，精益求精。他们游走于高精尖的器材与复杂的数据，为每次或大或小的进展击掌相庆，在失败后安慰情绪崩溃的队友，见证过清晨的第一缕霞光，注视过深夜的清冷星月……“千磨万击还坚劲，任尔东西南北风”。那些为获得理想实验结果屡败屡战，砥砺前行的故事，令刘岩鑫难以忘怀。
“导师是实验的灯塔，总是在我们实验遇到瓶颈的时候，给予我们明确的理论和技术指导。”刘岩鑫这样说。为了实验顺利进行，实验室自主设计搭建了一套真空系统，以求为实验提供稳定的真空环境。拆装置时，团队中的李刚教授亲自上阵帮忙，为了更好地配合他们，他在整整三个小时的时间里一直保持一个姿势，浸透了汗水的头发湿漉漉地贴在头皮上。刘岩鑫被深深打动了，他更加清晰地意识到，自己要成为像李刚教授一样坚韧敬业的科研者。
除本团队中的老师外，刘岩鑫在学习过程中也受到许多来自其他老师的帮助和鼓励。每个周末，光电研究所都会安排内部工作报告，由所有实验室轮流进行科研报告，报告期间各位老师的提问、点评和建议让刘岩鑫受益匪浅。刘岩鑫还提到，自己与彭堃墀院士、贾锁堂教授等师长均有过接触。尽管已经退休，他们仍然非常关心研究所的发展。路上碰面时，他们总会谦和地询问刘岩鑫实验情况如何，并根据他的困惑给出一些意见。刘岩鑫也不放弃任何一个与外界交流的机会。他所在团队与中国科技大学郭光灿院士团队长期保持密切合作，还经常邀请校外专家进行学术报告和科研座谈，并与国内外团队进行线上会议，讨论实验方案与进展。老一辈脚踏实地、勤奋坚持的精神品质鞭策着刘岩鑫不断前行，国际上的顶尖技术开阔了刘岩鑫的视野。“路漫漫其修远兮，吾将上下而求索”。刘岩鑫相信，他会带着对科研的坚持与热爱，继续披荆斩棘，并将这份火种继续传承，生生不息。
科研之路充满艰辛，但刘岩鑫从未想过放弃，也非常善于总结反思。回顾自己的经历，刘岩鑫认为：“一个合格的研究者首先应该具有良好的知识结构，可以快速搜寻知识信息，并具有提出问题并解决问题的关键能力，另外英文的写作表达能力也是至关重要的。”尽管所在团队取得了首创性进展，刘岩鑫依然谦逊地表示，希望未来自己能继续保持在科研一线，努力做出好的工作，在科研道路上行稳致远。他还鼓励学弟学妹，“现在不拼一拼，再往后就没机会了”。有理想，敢担当，能吃苦，肯奋斗，怀着执著而勇敢的心的前行者，注定不会被时光辜负。