近日，中国科学院国家授时中心的研究团队在腔量子电动力学领域的研究取得了新进展，完成了对基于单个铯-133原子的双场非经典光子对生成系统的理论验证。研究团队构建了一个由单个铯原子与光学微腔耦合的物理模型，通过459 nm激光泵浦原子，激发其从基态 6S_1/2至激发态 7P_1/2，并自发辐射至激光上能级7S_1/2，进而通过受激辐射产生两个不同波长的腔模输出：1470 nm（对应 7S_1/2→6P_3/2跃迁）和1359 nm（对应 7S_1/2→6P_1/2 跃迁）。这两个波长与铯原子主动光钟的钟跃迁波长一致，对改善频率基准不确定度具有重要意义。

图1：腔内耦合单铯原子结构与相关能级

通过系统研究不同耦合强度和腔衰减率下的场统计与动力学行为，研究团队发现该系统在多个参数区域内可同时实现单个场和交叉场的非经典行为，并得到Cauchy-Schwarz不等式违背系数 R 最高达13.9，表明该系统可产生高度非经典的光子对。

图2：不同参数下二阶关联函数与CS违背系数变化图

该研究不仅深化了对微腔中光与原子相互作用的理解，还可为量子存储器、量子计算、量子通信等量子技术提供了高质量的非经典光源，尤其是在“坏腔” （腔模线宽大于原子自然线宽）下实现非经典光生成，进一步推动了主动光钟与量子光源的融合研究。

该研究成果以《Dual-field and cross-field nonclassical light generation in a one-133Cs atom cavity QED system》为题，发表于物理期刊Communications in Theoretical Physics。