近日，复旦大学物理学系、应用表面物理全国重点实验室肖艳红教授课题组在量子光源研究领域取得重要进展，利用单个铷原子气室实现了大规模空间压缩光阵列，并观测到不同压缩光通道之间的同步行为。相关研究成果以“Large-scale array of squeezed light and synchronization using atomic vapor”为题，发表于《Light: Science & Applications》。

压缩光是一类重要的非经典光场，其相位空间特定方向的量子涨落可以低于相干光场的量子噪声，在量子精密测量、量子成像、量子网络和量子信息处理等领域具有广泛应用。随着量子技术向多节点和大规模系统发展，如何同时产生大量性能一致的压缩光成为关键研究问题。目前，多模压缩光主要通过光学参量振荡器的时间或频率复用以及集成光子器件等方式产生，而空间上彼此分离的大规模压缩光阵列仍面临可扩展性和多通道协同调控等挑战。

本研究中，团队利用衍射光学元件将一束795 nm激光分成二维光束阵列，并使其共同通过内壁镀有石蜡抗弛豫膜的铷原子气室。通过原子相干增强的非线性光学过程，研究团队实现了包含30个空间通道的偏振压缩光阵列，每个通道的量子噪声压缩约为2 dB。

与多个彼此独立的压缩光源不同，该体系中的所有光通道共同建立并共享原子的集体自旋相干性。原子在不同光束以及中间的暗区域之间不断进行热运动，气室内壁的石蜡抗弛豫膜能使原子在与壁碰撞数千次后仍保持相干性。因此，运动原子可以在不同的空间光通道之间传递基态相干性，形成等效的热库，再经由光和原子间的量子态转换，在空间光模式间产生全局耗散型耦合。研究团队实验验证了不同光通道的压缩度和压缩方向的一致性，并发现原本具有不同压缩水平的光通道在耦合后压缩度趋于一致，表现出明显的同步行为，如，不同通道之间的压缩度差异由未耦合时的0.79 dB降低至耦合后的0.19 dB。值得强调的是，该同步行为不仅仅需要原子的运动平均，还需要光和原子相互作用过程中的非线性所导致的饱和效应，与经典的锁模脉冲激光器中饱和吸收体的作用机制有很强的类比性。

该工作利用原子的热运动将局域光场和原子相互作用转化为空间分离的多通道光场之间的非局域耦合，为构建可扩展、具有集体动力学性质的量子光源提供了新的途径。未来，压缩度进一步提高后，该压缩光阵列有望应用于空间分辨的量子传感、量子成像和量子网络等，并可通过后续的线性光学元件产生多模纠缠态光源，用于分布式量子传感和多参数量子精密测量。

本工作由复旦大学物理学系肖艳红教授课题组主导完成，该组博士生汪霖为论文第一作者，肖艳红教授和该组博士后郝冬冬为共同通讯作者。合作单位包括以色列魏茨曼科学研究所和山西大学等。该研究获得了国家自然科学基金国际（地区）合作与交流项目（中-以）、上海市科学技术委员会项目等的支持。

文章链接：https://doi.org/10.1038/s41377-026-02428-w

图1：大规模压缩光阵列产生及同步原理示意图。衍射光学元件产生多路空间分离的光束并共同通过镀有抗弛豫膜的铷原子气室，原子的热运动使得在不同空间通道之间共享原子的集体自旋相干性，形成全局耗散耦合，从而使多路压缩光在饱和区域附近表现出同步行为。