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量子控制銫原子與脈衝雷射相位控制
如前所述，更精緻的物質波包控制，希望把波函數永遠控制在我們需要的狀態上，例如，使用頻率間隔、頻率間之相位固定之所謂光梳子雷射
(comb laser)，與經由雷射冷卻之銫原子做交互作用，適當的調整雷射之參數使銫原子某雙光子躍遷有最大之躍遷機率，即，令波函數有加強性量子干涉，並經由回授控制的方法，控制雷射系統之絕對頻率，亦即同時控制了狀態明確、穩定的光子。實現這個想法的重要性如下：
(A) 應用價值：
一、在去年的Physical Review Letter
之一篇文章中，成功的將光梳子雷射頻率鎖在美國國家標準局之銫原子鐘頻率及碘穩頻Nd:YAG
雷射上，示範了這世紀製造出”光鐘”的可能性。但實驗的難度，幾乎沒什麼國家可重複，因此光梳子雷射的重要性難以推廣。如今，若光梳子雷射之每個模之絕對頻率可以鎖在量子控制下之銫原子雙光子躍遷之頻率上，將是本世紀手提式光鐘的濫觴。
二、當光子的相位是穩定的，則在時間軸上，二台超短脈衝雷射是可以做穩定干涉的.。例如當加強性干涉發生時，最大光強度(peak
power)會成為原來的四倍強，將是目前研究超高諧波非線性光學(high
harmonic nonlinear optics)的利器。甚至五、六台此種雷射若造成穩定之加強性干涉，則其最大光強度足以高到在瞬間激發金屬表面成為電漿態，可作為各種電漿研究及應用之用(如桌上型x-ray)。
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三、藉由二所述之穩定干涉方法可達到10-18秒之超短脈衝(atto-second,)。而此種方法所造成之超短脈衝，比起之前用hollow
waveguide tube之非線性特性(4-wave
mixing)而產生高諧波的方法，有更好之同調性(coherent)。因此亦有更廣泛的用途。
四、因量子控制而造成之相位可控制之超短脈衝雷射可應用於產生高同調之THz光源。而我們知，THz光源是目前國防、通訊及光譜學很重要的光源。
五、量子通訊(quantum communication)，首重光之傳送與接收間量子狀態之明確。而在
feedback
control 之量子控制下之原子波函數，正可應用於量子通訊中，光之量子狀態的產生及檢驗。
六、量子控制為以光學方法研發量子電腦的基本技術。亦為培養台灣下一代諾貝爾獎得主所必備的技術。
(B) 學術上的貢獻
一、原子波包之明確、穩定是理論物理學家所喜歡的。我們若想藉由實驗了解光與物質之交互作用，並且理論可計算，則原子之狀態必須隨時保持不變才行，也因此需要有feedback
control式之控制。因此我們可說，藉此方法量子控制原子，是研究原子波函數及研究原子與光交互作用的新技術。
二、原子波函數客觀且靈敏，非常適合用以回授控制雷射。因此對feedback
control而言，在整個回授系統中，不但原子的狀態明確，光子的狀態也將明確且穩定。這樣的光子非常適於應用到其他高精密的量子光學實驗。因此我們可說，量子控制光子，亦是未來研究量子光學的利器。
目前除了美國國家標準局正以銣原子從事此類實驗外，世界上尚無其他此種方式之”量子控制”在進行。我們在目前提的計畫中將選用銫原子，好處是：
一、之前已有二個研究群探討鎖模超短脈衝雷射與銫原子之交互作用，因此藉脈衝雷射觀察銫原子雙光子躍遷是沒有問題的。
二、目前時間標準定義在銫原子的基態超精細躍遷上，因此，當進行量子控制時，對於光子狀態的定義，將會更明確，有利於未來 量子電腦的研究。所以此實驗的結果，在計量工程上亦同時會有重要貢獻。
