近日，晶体材料国家重点实验室陈峰教授团队在量子芝诺（Zeno）效应及动力学操控方面的研究中取得重要进展，提出了在集成光子学系统中实现光学芝诺效应，并运用芝诺动力学控制系统演化的全新方法，相关论文以“Engineering of Zeno Dynamics in Integrated Photonics”为题，发表在国际物理学顶级期刊《物理评论快报》（Physical Review Letters）上。陈峰教授为论文通讯作者，博士研究生刘全城、刘伟杰为论文共同第一作者，山东大学为第一作者单位和通讯作者单位。

测量过程是量子力学中的基本科学问题，同时也在量子技术领域发挥着重要作用。与经典世界不同，在量子力学中，对系统进行观察会改变被观测系统的状态。在经典世界中测量只是对物理量的提取，例如对车辆进行测速不会影响车辆的运行，然而如果是一个量子汽车，那么其运行就会被测量所改变，并坍缩到测量的本征态上。芝诺效应表明了如果对一个量子系统进行快速的高频测量，这个系统的演化将会被冻结，这一神奇的效应为运用测量过程对系统进行控制提供了可能。然而，单纯让一个系统演化冻结，并不能为系统的控制提供更多的可能，如何运用芝诺效应实现对系统的更多控制甚至是完全控制，是一个重要的科学问题，同时也具有潜在的应用前景。

图 (a) 光学芝诺效应

图 (b) 芝诺动力学切片在光波导阵列中的实现

陈峰教授团队与合作者提出了一种新颖的方法，在集成光学系统中实现了对被观测系统的周期性快速测量，同时提出了一种全新的理论模型——量子芝诺切片（Quantum Zeno Slicing）。该方法通过设计不同的芝诺动力学过程，可以实现对系统多个维度的操控，为利用芝诺效应控制系统演化提供了新的途径。在实验上，该研究运用光波导阵列（光子晶格），将光波导模式与不同量子态作合理的类比对应，同时将系统的时间演化映射到光学系统的空间延伸中，运用预先设计的间断波导实现了测量过程。在强测量下，研究人员成功地在光学系统中实现了芝诺效应和芝诺动力学，并验证了它们之间的关系；在此基础上，运用量子芝诺切片方法，研究人员在光学系统中通过不同的投影测量过程，产生出一系列不同的芝诺子空间，实现了对系统原有希尔伯特空间的动态切割，增强了系统演化的复杂性，从而实现了对系统演化的完全控制。

该研究展示了一种全新的、可扩展的实验方法，用于在光波导阵列中实现芝诺效应，操控芝诺动力学过程。同时，量子芝诺切片模型为运用芝诺效应实现更进一步的量子态控制和量子信息处理提供了一种新的途径，对芝诺效应的深入理解和基于芝诺效应的信息技术研发，都有重要的意义。

本研究工作得到了德国奥格斯堡大学教授Klaus Ziegler的帮助，得到了国家自然科学基金项目、山东省自然科学基金重大基础研究项目、山东省泰山学者攀登计划、晶体材料国家重点实验室等的大力支持。

论文链接：https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.130.103801