量子控制的發展及重要性 

1.      最早發展的量子控制便是雷射穩頻。利用回授電子線路將光子穩定在同調態上(coherent state)。由於同調光子具有許多優良的特性，如，可以有時間無關之穩定干涉，相角與振幅之確定性符合測不準原理之最小要求。因此適合於高精密光譜之光源，甚而量子電動力學之檢測等。幾十年來，穩頻雷射被廣泛應用於學術界及工業界。學術界如廣義相對論之驗證，雷射冷卻、高解析雷射光譜、量子電動力學之檢測與物質波函數之控制(共振腔量子電動力學, cavity QED)等；工業應用如長度標準的設定、各種需高解析或高穩定干涉之檢測等。以上所述，所利用的工具皆為連續波雷射(continue wave, CW laser)。

2.      相對於以連續波雷射(CW Laser)從事量子控制，近來利用超短脈衝雷射(ultra-short pulse laser)來進行量子控制亦大放異彩。尤其這幾年著名的科學期刊如”自然”(Nature), “科學”(Science)等，屢有利用脈衝雷射進行量子控制之報導。如化學反應之控制：1998及2001年”科學”期刊上報導，利用超短脈衝雷射人們可控制化學反應之途徑(參考資料1~3)，首次示範了化學反應之副產品是人為可以控制的 (如圖一)。這給人類未來一個豐富的想像空間：或許有一天，在化工產業的過程，不會有高污染的副產物。2001年”科學”期刊上首次示範，利用超短脈衝雷射，人類不但可自由地選擇性切斷化學鍵，也可選擇性地形成化學鍵(如圖二，參考資料4)。這意味著有朝一日，人類有可能自組生化的基本元素，似乎科學家的工作，越來越接近造物主所作的事！其他尚有光化學反應之量子控制(參考資料5)；軟X光(soft x-ray)之量子控制 (參考資料6)；利用量子控制的方法描繪原子波函數 (參考資料7~9)；晶格動力學之研究 (參考資料10)；量子光學之基礎研究 (參考資料11)；半導體表面載子光譜之研究 (參考資料12) 等。以上之量子控制，所使用的技術，不外乎在時間軸上破壞脈衝的形狀，以尋求最佳化條件，如圖三所示。

3.      時間軸上破壞脈衝的形狀，實驗的參數會因不同實驗室環境而異，實際上無法量化處理實驗條件，因此理論難以預測。因此有必要從超短脈衝之頻率軸上做控制。此乃因為，就某種程度而言，頻率較易於精密量測與控制。但超短脈衝雷射頻率軸上的控制並不容易，直到2000及2001年”科學”期刊上才首次示範了頻率軸上控制超短脈衝雷射(參考資料13~14)。這樣的雷射可以有許多重要的應用，在下文中將會詳細提到。至於利用此種雷射來做量子干涉實驗，目前則未見報導，這也是筆者在國立東華大學物理系，所嘗試要做的事。