光子是电磁场的量子化形式，光子不仅携带着电磁场的能量，还携带着动量。当光子与物质作用并被吸收时，其能量以及动量均被吸收。被吸收的能量可以转化为诸如物质的热能，而被吸收的动量显示为光压作用在物质上。近年来，随着激光技术的发展，激光与物质的作用成为了学界的热门研究领域。在与原子的作用中，强激光脉冲的电场可以将原子核的库伦势压低，形成一个势垒，从而束缚态电子可以从中隧穿电离出来。最近，隧穿电离过程中光子...

光学成像作为可以记录空间、时间和光谱信息细节，在人类探索和发现未知世界奥秘扮演至关重要角色。同时获取高空间、时间和光谱分辨率的光学成像系统是目前光学成像研究领域的发展趋势，这在基础研究和应用科学领域都有非常重要的应用前景，包括生物医学成像、遥感成像、核爆炸探测等等。然而，在现有光学成像中，超快光学成像技术只能获得空间-时间信息，高光谱成像技术只能获得空间-光谱信息，而时间分辨光谱技术只能获得光谱-时...

空气激光的概念最早期提出于2003年，将超强激光发射到空气中去，其背向会形成受激辐射。2011年，前向不同波长的空气激光信号被发现，自此空气激光领域受到广泛关注。此前，对于原子、分子模式下的空气激光已经得到较为透彻的认识和理解，但对于离子下的空气激光还未得到清晰的解释。众所周知，空气中含量最多的是氮气，氮气离子产生的激光也是空气激光中最具代表性的一种。尽管前期许多研究者们对其产生的机理进行了深入的研究和验...

探测和控制电子动力学是现代超快科学领域的前沿课题之一。长程电子相干和能量转移在普遍存在于生物系统中，也影响着光化学和生物反应进程。然而，制备和探测宽激发态电子相干动力学非常具有挑战，通常需要昂贵且复杂的自由电子激光X射线光源或高次谐波光源。因此，开发更便捷的全光学手段具有非常重要的意义。通过飞秒光脉冲隧穿电离产生中性里德堡态[Phys. Rev. Lett. 101, 233001 (2008)]和相干离子态很早就用于实验[Nature 466,...

在量子信息科学中，量子隐形传态是最重要和极具吸引力的协议之一，利用该协议可以实现对未知量子态无实体地高保真异地传输。量子隐形传态的概念自1993年被提出以来，受到了全球众多科学家的广泛关注，并在实验和理论方面都取得极大的进展。尤其是近年来我国科学家在远距离星地以及光纤通道量子隐形传态方面更是取得了一系列突破性进展。在量子隐形传态的研究中，信息传输能力是衡量量子隐形传态性能的一个重要指标。在经典的光通信...

量子反馈控制是量子控制理论中的重要概念之一，其反馈控制方法通常分为基于测量的反馈控制和相干反馈控制两类。其中，相干反馈控制通过将输出信号反馈到原系统中对系统的量子特性进行优化调控。由于其反馈控制过程中不涉及到测量操作，因此不会在系统中引入额外的测量噪声，系统的量子特性不会被破坏，同时保持了系统的相干性。随着量子技术的飞速发展，高度关联的量子关联多光束对提高量子信息协议的通信保真度以及量子计量学的测...

原子分子的强场光电离对研究分子轨道成像，电子-核波包的超快动力学过程、阿秒物理等都有重要科学意义。为了理解强场物理现象，科学家们通常采用偶极近似模型，即认为激光场的矢量势在空间是均匀分布的。因此，电子在激光场中感受到的磁场分量以及对应的洛伦兹力被忽略。由于激光场磁场分量远远小于电场分量（约为电场分量的1/c，c是光速），偶极近似能很好的理解适中光强下的物理现象。然而当激光场强度或者波长增加，电子所感受...

光梳光谱技术（Frequency Comb Spectroscopy）利用光梳光源在频率域等间隔梳齿状频率分布特性对分子吸收光谱进行可精确测量的离散频谱标识，进而可以实现高精度分子指纹光谱测量。光梳光谱的出现，特别是双光梳光谱，在谱宽、测量速度、光谱分辨率等方面推进了分子光谱测量技术的发展，为分子物理、分析化学、生物学、红外遥感、大气环境监测、相干成像、医学诊断、分子指纹数据库等基础学科与光谱应用领域提供了高效的测量工具。...

超高速度捕获瞬态场景图像一直是科学家们追求的梦想和目标，这可以发现新物理现象并探索新物理过程，同时可以带动新高新技术的产生。当前高速成像普遍采用的是基于电荷耦合器件（CCD）和互补金属氧化物半导体（CMOS）的电子成像传感器件，但是这种CCD和CMOS技术的成像速度受限于芯片存储和电子读出速度，最高成像速度通常只能达到每秒10^6帧，因此不能测量更高速运动过程或者更快变化过程。为了突破传统成像速度的局限性，张诗按研...

量子光源是实现量子通信不可或缺的关键资源。提高量子通信体系中的光束数量，从而提高量子通信的复杂度对于实现大尺度量子通信网络至关重要。通常多体量子纠缠的产生需要很复杂的光学分束系统，严重限制方案的可扩展性。目前国际上最新的研究趋势是通过频率和时间复用将多个非线性过程集成到一个简单的装置。但该方案产生的多体纠缠在空间上很难分离，限制了其构建远距离量子通信网络的可能性。荆杰泰教授团队创新性地提出了空间复...

近年来，量子通信领域发展迅速，而量子光源是量子通信中非常重要的量子资源。荆杰泰教授团队长期聚焦于提升量子光源的性能，包括量子光源的量子关联特性、纠缠容量和光束数量等，其中量子关联特性直接决定了量子通信的保真度，而光束数量以及纠缠容量共同决定了量子光源的尺度。提高量子通信体系中的纠缠容量，从而提高量子通信的信道容量对于实现大尺度量子通信网络至关重要。一方面，复用（Multiplexing）是提高经典通信系统信息...

氢气分子是自然界最简单的分子，是人们认识自然、理解复杂分子丰富的超快物理行为的重要基础。其中，氢气分子的单电离解离这一物理过程尤为重要，是探索诸多重要物理过程的关键，例如分子中电子的局域诱导的化学键定向断裂过程，分子的电离增强机制，分子中光子能量的吸收和分配原则等等。在激光场作用下，氢气分子发生光电离失去一个价电子，产生的氢气离子随后可以通过不同的路径解离成一个氢原子和一个氢离子。比较典型的两种解...

    声波的回声是一种常见的自然现象，当声波在传播过程中遇到障碍物时，将被反射形成回声。回声存在于许多物理系统中，如自旋回声、光子回声、等离子波回声、粒子加速器回声等。当非线性体系在受到外部激发后，由于体系中不同的组分具有不同的能量，故激发的相干响应会迅速退相。而此时通过对系统的二次激发可以有效“还原”初始的相干状态，即回声的产生。回声现象通常被用来检测系统的相干性和观测系综的一些固有性质...

    近些年来，非厄米量子力学引起了科学界的极大重视。特别是宇称-时间（Parity-time；PT）反演对称条件下的非厄米哈密顿量体系可支持全实的本征谱，极大的拓宽了目前的量子力学框架，激发了人们对非厄密量子场论、开放量子系统等诸多前沿问题的研究。由于麦克斯韦方程与薛定谔方程在数学上的相似性，通过光学势场模拟，光学系统可以实现等效的具有PT 对称的非厄密哈密顿量。因此，许多新颖的非厄米量子物理现象首先在...

    粒子物理的标准模型已经成功预言了每一种被探测到的粒子及粒子间的相互作用，是物理学的重要基本理 论。然而标准模型问世以来，新的理论与实验结果不断出现，其至今不能合理解释一些显而易见的宇宙现象，例如中微子振荡，暗物质与反物质问题等。而这些现象的背后正是新的粒子，新的场与新的力，标准模型理论亟待修订。众多探索超越标准模型新物理的实验方案中，电子电偶极矩(eEDM)的精密测量具有独特的潜力。与大型...