近日，我校物理与光电工程学院青年教师彭杰博士以第一作者身份在物理学国际顶级学术期刊《物理评论快报》(Phys.Rev.Lett.)上发表最新研究成果：“多比特多模量子拉比模型的单光子解及其在W态快速制备中的应用”。

《物理评论快报》是由美国物理学会出版的物理学领域最具权威性和曝光度的综合性学术期刊。该期刊旨在发表和传播物理学前沿领域重要的原创性研究成果。

光与物质的相互作用分为弱耦合，强耦合，和超强耦合等。人们通过高品质的谐振腔等可以实现强耦合，并且由此调控二能级原子(量子比特)在高低能级之间翻转，实现量子计算。计算时间和耦合强度成反比，因此超强耦合能够带来更快的计算速度，但同时也会激发出无穷多个光子数态，并导致比特无法完全翻转。如何利用超强耦合实现快速量子计算以及量子态的确定性制备是一个重要的前沿问题。

彭杰博士等人对描述多比特与多模光场超强耦合系统的拉比模型进行解析求解，发现了光子数上限为1的特殊暗态解，而一般情况下其解必然包含无穷多个光子数态。该解的光子数局限于0和1，并且在任意耦合区能量为常数，由此利用超导量子电路设计了一个绝热演化的实验方案，可以同时确定性地制备两比特Bell态以及任意的单光子多模W态(一种非常重要的量子纠缠态)，并且能够实现其可控存储与释放。该方案既能利用超强耦合的优点，又可以避免其动力学复杂性，W态的制备时间可以与最近报道的最快两比特量子门比拟。

该工作是与我校钟建新教授，西班牙巴斯克大学索拉诺教授等人合作完成的。审稿人评论:“这是一篇具有重要意义的关于多比特多模量子拉比模型的论文，存在多种可能的应用。毫无疑问，它在相关性，创新性和科学严谨性上都达到了《物理评论快报》的要求。”相关研究成果发表在7月22号出版的第4期《物理评论快报》上(Phys.Rev.Lett.127,043604(2021),论文链接：https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.127.043604)，我校为第一单位，彭杰博士为第一作者兼通信作者。这一工作得到了国家自然科学基金(11704320)和教育部创新团队项目(IRT13093)的支持。

彭杰2014年博士毕业后入职我校物理与光电工程学院，加入钟建新教授负责的教育部长江学者创新团队，从事科研和教学工作，获得国家级科研项目2项，省级1项。他长期从事光与物质超强耦合系统相关的研究，取得一系列具有影响力的成果，已在《物理评论快报》《物理评论A》《物理学杂志A》等国际重要学术期刊上发表SCI学术论文18篇，其中一篇被评为英国物理学会特选论文，并且被物理学杂志A特刊邀稿。研究工作发表后受到国内外同行专家们的广泛关注和评论，第一作者论文被《物理评论快报》《物理学报告》《自然-物理评论》等国际重要学术期刊引用140余次(谷歌学术)。