刘永椿

研究领域：量子光学、量子信息、精密测量物理。研究重点：基于机械振子、原子系综等实验系统，开展量子态制备、操控及其应用的理论与实验研究。研究平台：1. 腔光力学实验平台：腔光力学主要研究光与机械振子的相互作用。其中机械振子种类很多，尺寸跨度可以从微观尺度的分子、介观尺度的微纳光学结构，一直到宏观尺度的各类机械振子（如引力波探测器LIGO中悬挂的反射镜）。近年来，腔光力学已发展成为量子光学、微纳光子学等多个领域交叉的新兴研究方向，这方面的研究不仅为宏观量子现象、量子-经典边界等基本物理问题的研究提供了新的思路，也为精密测量和传感、经典和量子信息处理提供了重要的工具。实验室搭建了基于磁致伸缩光学腔和基于薄膜振子的腔光力学实验平台，正在开展的理论与实验研究工作包括：(1)宏观机械振子的激光冷却。宏观机械振子由于受到热振动噪声的影响而无法表现出量子特性，利用激光冷却的方法能够冷却机械振子，冷却到量子基态后就能表现出量子特性，成为量子谐振子。致力于研究如何将原子数达10的20次方（甚至更多）的宏观机械振子冷却到量子基态。(2)光与机械振子压缩态、纠缠态的制备与操控。重点关注利用光力系统制备光场压缩态、机械振子压缩态、多个机械振子之间的纠缠态、光与机械振子的纠缠态以及Einstein-Podolsky-Rosen (EPR)纠缠光等，并将其应用于精密测量和宏观量子现象的研究中。(3)基于腔光力系统的量子模拟与量子计算。腔光力系统为量子模拟和量子计算提供了重要的实验平台，重点关注利用多个模式之间的可控相互作用实现量子模拟和量子计算。(4)高灵敏度光力磁力计。腔光力系统在精密测量和传感领域表现出广泛的应用前景，如可对位移、力、加速度、磁场等多种物理量进行精密测量。搭建了基于磁致伸缩光学腔的磁力计实验系统，已具备在室温、地磁环境下进行高灵敏度磁场探测的能力。2. 原子系综实验平台：原子系综包含大量气态原子，具有很长的弛豫（退相干）时间，且能方便地用光进行量子操控，为精密测量和量子信息研究提供了重要的实验平台。实验室搭建了原子数高达10的14次方的碱金属原子系综实验平台，正在开展的理论与实验研究工作包括：(1)原子自旋压缩态、纠缠态的制备与操控。通过对光与原子的相互作用进行调控，在具有10^14量级原子数的系统中制备出压缩态、纠缠态等量子态，从而为精密测量、量子信息处理提供重要的量子资源。(2)超越标准量子极限的精密测量。经典测量手段受限于标准量子极限，重点关注利用压缩态等量子态压制量子噪声，从而使测量精度超越标准量子极限。(3)基于原子系综的量子调控。光与原子系综的相互作用可为量子调控提供重要的技术手段，正在探索如何利用原子系综对光场和原子量子态进行有效调控，包括研究光场非互易传输、非厄米特性等。(4)高灵敏度原子磁力计。利用原子系综对磁场的响应，可以探测极其微弱的磁场，灵敏度达fT量级（地磁场的五百亿分之一），这不仅可以用来检验基本物理定律，而且在潜艇探测、脑磁检测、矿产勘探等领域有极大的应用潜力。致力于发展新方法实现更高灵敏度的原子磁力计。

1. Xuanchen Zhang, Zhiyao Hu, Yong-Chun Liu*, Fast generation of GHZ-like states using collective-spin XYZ model, Phys. Rev. Lett. 132, 113402 (2024). 2. An-Ning Xu, Yifan Li, Xiangliang Li, Bei Liu, and Yong-Chun Liu*, Subpicotesla Optomechanical Magnetometry, Phys. Rev. Lett. 133, 153601 (2024). 3. Yaohua Li, Chenyang Wang, Yuanjiang Tang, and Yong-Chun Liu*, Time Crystal in a Single-mode Nonlinear Cavity, Phys. Rev. Lett. 132, 183803 (2024). 4. Chao Liang, Yuanjiang Tang, An-Ning Xu, Yong-Chun Liu*, Observation of Exceptional Points in Thermal Atomic Ensembles, Phys. Rev. Lett. 130, 263601 (2023) (Editors'suggestion, Physics Viewpoint). 5. Yuanjiang Tang, Chao Liang, Xin Wen, Weipeng Li, An-Ning Xu, and Yong-Chun Liu*, PT-Symmetric Feedback Induced Linewidth Narrowing, Phys. Rev. Lett.