基于单光子相互作用的量子非线性光学在很多科技领域扮演着很重要的角色。虽然量子光学在过去十年已经取得了很大的进展，但是有效的光子-光子相互作用仍然是非常有挑战性的问题之一，也是为实现量子信息处理的关键要素之一。由于光子玻色子本质限制了光子-光子相互作用需要以原子媒介作为中介，相互作用效率很大程度上依赖于原子-光子相互作用的特性，增强这种原子-光子耦合参数对于很多量子信息应用是非常重要的。最近，在腔量子电动体系和里德堡原子体系中已经取得了一些进展。

在该研究方向，通过在原子介质中任意减速光子可以增加原子-光子相互作用时间（影响光子-光子相互作用效率）。虽然在原子介质中，EIT效应提供了光子减速和存储的方法，但是在存储时由于光子态被完全映射到了原子态，该效应没有增强光子-光子相互作用时间。相反，静止光脉冲（SLP）效应允许零群速度的光脉冲囚禁在一个原子媒介中。这种光脉冲并没有映射到原子态，所以为增强光子-光子相互作用提供了可能。在早先的研究工作中，人们已经在原子系统内实现了经典光脉冲的SLP囚禁，但是远距离原子单光子源产生的自由传播单光子囚禁至今还没有实现，这是实现光子-光子相互作用中非常重要的一步。

2022年5月19日，韩国浦项科技大学物理系Yoon-Ho Kim小组在《AVS 量子科学》期刊《量子网络：过去，现在和未来》专题上发表了题为：“Trapping a free-propagating single-photon into an atomic ensemble as a quantum stationary light pulse”的文章。在他们的工作中，通过量子SLP（QSLP）过程第一次在实验上证明了可以在原子系综内囚禁一个自由传播的单光子。首先，一个冷原子系综通过自发四波混频（SFWM）产生一个单光子，并通过光纤传输到另一个原子系综用于QSLP囚禁。对于自由传播的单光子来说，在第二个冷原子系综内形成静止单光子态（即QSLP囚禁的证明）的验证是通过动态对比QSLP囚禁和EIT量子存储过程来实现的。实验结果也表明原子媒介中QSLP囚禁过程很好了保留了单光子本质。该项工作是面向基于QSLP量子非线性光学的第一步，包括有效光子－光子－相互作用，奇异光子态和相对论理论的量子模拟。

【编译：周朋朋】