导读
当物质周围的电磁环境改变时，物质的辐射特性和能级结构都会受到调制。将发射体置于光学谐振腔中，若发射体与光腔交换能量的速率大于系统损耗率，则称发射体与腔内光子发生强耦合。其中，单发射体与光腔的强耦合是实现量子纠缠、存储和处理量子信息的重要手段。但是，由于单个发射体的物理尺寸与其辐射波长相比非常小，发射体与光子的作用充分，实现强耦合仍有困难。现有手段主要依赖于提高光腔的品质因数（Q值）或光学态密度。高Q值谐振腔可以使每个光子在被损耗之前在腔壁间反射多次，通过提高与发射体的作用次数来提升耦合强度，但要求系统工作在高真空的低温环境中防止频率漂移。提升光学态密度等价于压缩模式体积，即每个光子被局域在极小的空间中，从而提升单光子对应的电场强度，进而提升与发射体的耦合强度；但要实现对光子的有效局域常常需要等离激元等高耗散结构，带来额外的问题，其极小的模式体积也使得发射体的加工定位困难。
近日，清华大学精密仪器系孙洪波教授和林琳涵副教授团队提出了通过波导辅助能量子转移（WEQT）技术来扩大单发射体与光腔的相互作用截面，从而提升耦合强度，为实现单发射体强耦合开辟了新的技术路线。相关成果以“Tunable single emitter-cavity coupling strength through waveguide-assisted energy quantum transfer”为题发表于国际顶尖学术期刊《Light: Science & Applications》。
虽然集体效应恐怖如斯，但量子技术中常常需要操控单个发射体，单发射体的拉比振荡、光子阻塞效应等都不能在集体耦合中实现。任你打群架厉害，但是现在就是要从人群中揪出一个人来单挑：袁绍率领十八路诸侯矫诏讨董，兵力占优，却被华雄挡住无法前进，因为大家都很讲武德，必须要单挑赢了才率大军跟进。传统实现单发射体强耦合的途径，虽然原理不同，但其实都相当于直接在单兵战力上下功夫。但如果思维不那么僵化，那么单挑的时候己方队友也可以发挥观众之外的作用：如同任我行与人对掌即将败落之时，靠吸星大法吸几个日月神教的弟子，战斗之中实现战力跃升，成功越阶杀敌。
通过该方案，研究者发现可以将单发射体与光腔的等效耦合强度提升10倍以上，使得光腔透射谱发生明显的拉比分裂。可以想象，发射体与波导的耦合强度直接决定了该方案中增强效果的上限。图2中画出了发射体A与波导耦合强度不同时的等效参数计算和光腔透射谱。可以看到，随着与波导耦合强度的提高，A与光腔的等效耦合强度也随之提高，直观表现为光谱拉比分裂变大。
同时，辅助B还可以用作其他功能。考察B起作用的具体过程：腔内一份能量子首先耦合到B，在B之间相互耦合，最后耦合到A，从而实现A与光腔之间的间接耦合通道。在该耦合通道中，寄生损耗不能被忽略，即，如果从光腔耦合到B的能量子在转移到A或返回到光腔之前被耗散，则腔的耗散率将增加。对A的耗散率也可以类似地分析。因此，在图2中，我们看到，随着与波导的耦合强度加大，WEQT效应更加明显，在单发射体等效耦合强度提升的同时，光腔的耗散率也有较为明显的提升。
总结与展望
