近日，中南大学物理与电子学院束传存、何军教授与澳大利亚新南威尔士大学（UNSW）董道毅、丹麦技术大学（DUT）Niels E. Henriksen、日本理化学研究所（RIKEN）Franco Nori等国际学者合作，在物理领域顶级刊物Physical Review Letters(简称“PRL ”)发表题为“量子相干调控单分子极化子转动”（Quantum Coherent Control of a Single Molecular-Polariton Rotation）的研究论文。中南大学物理与电子学院为该项研究成果的第一完成单位，博士研究生樊丽宝同学为论文第一作者，束传存教授为论文的通讯作者。

研究受限电磁环境中的单量子系统是腔量子电动力学(CQED)领域的研究热点。当腔场的电磁模与分子的电子、振动或者转动模式产生强耦合时，可以形成一种具有光子和分子纠缠性质的混合系统，也就是分子极化子（Molecular Polariton）。对分子极化子物理和化学性质的研究产生了一个新的前沿交叉学科——极化子化学（Polaritonic Chemistry）。为了研究分子极化子在量子科学与技术领域的应用，一个十分具有挑战性且重要的问题是如何精准调控分子极化子动力学。

针对这一难题，该论文创新性研究了如何解析设计太赫兹脉冲场精准调控单分子极化子转动动力学，从而产生局域最大的过场取向问题。通过使用分子极化子的纠缠态本征函数和本征值作为基矢并引入等效哈密顿算符，理论推导了真空腔场下外场驱动量子Jaynes–Cummings (JC)模型的解析解，并进一步导出了太赫兹场精准调控分子极化子转动的量子调控条件。在此基础上，该论文提出了使用复合太赫兹脉冲场精准调控分子极化子转动，从而产生局域最大过场取向的理论方案，如图所示。

通过精密调控复合太赫兹场的振幅和相位精准调控腔场内单个分子的转动动力学，产生局域最大的分子极化子场后分子取向

研究发现，通过精准控制复合太赫兹脉冲的振幅和相位参数，可以精准调控分子极化子的各本征态波函数的振幅和相位，从而获得期望的分子极化子过场取向度。该项成果提供了一种新的方式控制转动动力学，在量子调控和量子光学等许多前沿领域具有重要应用。

“量子物理与量子调控”是物理与电子学院特色研究方向和“十四五”重点发展方向之一。该成果是束传存教授继2018年在JACS 和2019年在PRL 等国际顶级学术期刊发表重要研究成果后，在量子调控领域取得的又一代表性研究成果。此项工作得到了国家自然科学基金面上项目、湖南省自然科学基金杰出青年项目、澳大利亚ARCFuture Fellowship、日本NTT和JST等多个项目的支持。此项工作得到了国家自然科学基金面上项目（12274470和61973317）、湖南省自然科学基金杰出青年项目（2022JJ10070）、澳大利亚ARC Future Fellowship、日本NTT和JST等多个项目的支持。

 论文链接：https://link.aps.org/doi/10.1103/PhysRevLett.130.043604