里德堡原子是指电子轨道半径很大的一类高激发态原子。里德堡原子之间存在很强的长程相互作用，其值比基态原子之间的相互作用大十个以上数量级并可主动操控，从而在量子信息与量子计算、精密光谱与精密测量、非线性与量子光学、非平衡量子多体模拟等中有重要的应用。

       对于室温下的里德堡原子气体样品，由于多普勒、碰撞和渡越等光谱增宽效应的存在，原子的热运动掩盖了原子之间的相互作用，给里德堡原子气体的非线性与量子光学效应等问题的研究带来了很大的困难。最近的实验报道了采用短（纳秒）、强（GHz拉比频率）激光脉冲激发里德堡原子、利用四波混频过程中的强色散非线性效应抑制原子的热运动效应，从而在里德堡原子气体中获得了决定性的单光子信号 [Science 362, 446 (2018)]。尽管近年来相关实验发展迅速，但如何描述纳秒时间尺度下室温里德堡原子气体中的强非线性与量子光学特性成为一个急需解决的理论难题。

   最近，实验室黄国翔教授课题组报道了室温下里德堡原子气体中纳秒激光脉冲的非线性传输特性的研究成果。通过分析原子碰撞截面与体系温度、原子量子数、能态衰变率等的关系和详细求解光脉冲与原子相互作用的非线性运动方程组，揭示了室温下里德堡原子中光脉冲传播的自感应透明（self-induced transparency） 特征，提出了新的、与原子相互作用有关的脉冲传播面积定理，为基于里德堡原子实现强非线性与量子光学效应、拓展光量子信息处理的容量等提供了新思路。该研究是在课题组前期有关工作的基础上 [Optica 6, 309 (2019)]，与英国诺丁汉大学李伟斌副教授、杜伦大学 ‪Charles Adams 教授合作完成，课题组白正阳副研究员为该论文的第一作者。该工作发表于 Physical Review Letters 125, 263605 (2020)。

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图.a和b为里德堡自诱导透明的模型图；c和d分别是2π脉冲和0.35π脉冲的传输特性曲线；e表示相互作用对脉冲面积的影响；f表示不同参数区间下，热里德堡原子气体可以实现里德堡自诱导透明，多普勒展宽，碰撞损耗等物理效应。