基于 Λ 型原子的纠缠态融合研究综述

量子纠缠描述2个或多个系统间非局域、非经典的关联.由于多粒子纠缠态的量子非局域性比2粒子纠缠态的强,因此其在量子信息中应用更广泛.在Λ型3能级原子中,处于低能态原子的自发辐射能有效抑制,因此可将量子信息编码在Λ型3能级原子的2个基态上.该文介绍纠缠态融合的概念,综述基于融合机制制备Λ型3能级原子纠缠态的几种方案,最后给出总结与展望.     

■型三能级原子纠缠态的制备

研究在热腔场中制备Ξ型三能级原子最大纠缠态的方案.利用多个全同三能级原子同时和一个单模腔场的大失谐相互作用来制备三能级原子最大纠缠态,可忽略腔场热作用和腔延迟作用的影响.文中还研究在热腔场中制备四能级原子最大纠缠态的方案.     

通过原子与腔场的非共振相互作用转移原子纠缠态

提出一个方案用于转移双原子纠缠态和W态.方案基于2个原子同时与一个单模腔场非共振相互作用的模型.转移过程中,原子与腔场之间不交换量子信息.腔场仅仅是被虚激发,所以方案对腔的品质因子的要求大大降低.不需要做任何测量,原子纠缠态可以直接转移给接收方的原子,成功几率为100%.     

利用腔的输入输出过程制备多原子纠缠态(英文)

论文提出一些制备多原子纠缠态的物理方案,这些方案是依靠辅助腔和单光子脉冲相互作用来完成的.即使原子不在Lamb-Dicke体系中,通过此方案产生的纠缠态仍具有很高的保真度.从实验的观点来看,较少的操作数目和简单的装置使此方案更容易实现.     

利用 型三能级原子与腔场的非共振相互作用制备原子纠缠态

提出一种利用 型三能级原子与相干态腔场的非共振相互作用制备原子纠缠态的方案。研究表明，在简单的条件下，可获得多种形式的原子纠缠态。     

驱动单个原子制备纠缠相干态

提出一种利用经典场驱动单个原子与一个多模腔场相互作用制备腔场的多模纠缠相干态的方案.交替调整原子的跃迁频率,使原子与经典场及多模腔场交替作用,通过对原子的选态测量使多模腔场塌缩为多模纠缠相干态.     

Ξ型三能级原子纠缠态的制备

研究在热腔场中制备巨型三能级原子最大纠缠态的方案．利用多个全同三能级原于同时和一个单模腔场的大失谐相互作用来制备三能级原子最大纠缠态，可忽略腔场热作用和腔延迟作用的影响．文中还研究在热腔场中制备四能级原子最大纠缠态的方案．     

纠缠态原子与双模压缩态光场相互作用中的纠缠特性

对于处于纠缠态的2个原子与双模压缩光场的相互作用,研究了原子与光场之间以及双模光场中2模之间的纠缠性质.令2个原子中的一个留在腔外,另一个进入腔中与光场发生相互作用,发现一般情况下纠缠度随时间周期性地变化,并且周期不受腔外原子的旋转角度以及纠缠态中相位差的影响;但当光场态中的压缩参量与腔外原子的旋转角度满足一定关系时,原子与光场会一直处于解纠缠状态.     

J-C模型中原子的自发辐射与量子纠缠态

通过对旋波近似下J－C模型中的二能级原子与单模场相互作用体系的研究，得到激发态原子将演化为场和原子的耦合叠加态－－纠缠态，原子偶极矩的期待值总是零，但偶极矩的起伏恒等于一个不为零的常数，因此，原子的自发辐射是由偶极矩的涨落引起的，并非原子偶极矩振荡造成的结果，具体研究这种纠缠态的性质得出：原子与场纠缠体系的信息熵和纠缠度随时间做周期性的振荡，并且和原子与场间的耦合系数及失谐程度有关，量子态在非纠缠态与纠缠态之间变化，在微小失谐量时，量子态将长时间停留在纠缠态。     

铷原子吸收线波段双色连续变量纠缠态的实验制备

多色量子纠缠态,即纠缠态各个组分的载波频率不简并,该类量子纠缠态在量子信息领域中具有重要的应用.文章中,实验制备了频率可连续调谐的双色连续变量纠缠态,其中,纠缠光束中的一束波长位于碱金属铷原子的吸收线波段(795nm),另一束位于光通信波段(1 560nm).在此基础上,利用饱和吸收光谱技术观测了铷原子D1线的超精细跃迁谱线,实现了双色纠缠光场到铷原子D1线的超精细跃迁线的精确调谐.     

在单模真空场中利用纠缠GHZ态制备纠缠W态

提出在单模真空场中利用纠缠GHZ态制备纠缠W态方案.3个原子(1,2,3)之间初始为纠缠GHZ态,原子1远离单模真空场,而原子2和原子3进入单模真空场与场相互作用.在原子间耦合量适当时,通过控制单模真空场与原子2和原子3的相互作用时间,对原子1的状态进行测量,制备出理想纠缠W态.     

通过三能级原子与双模场的共振相互作用生成纠缠GHZ态

在光场为Fock态的情况下，推导出A型三能级原子和V型三能级原子分别与双模场的共振相互作用体系状态波函数．在光场与原子的耦合常数选取适当情况下，通过改变相互作用时间，体系将演化为三体最大纠缠态——纠缠GHZ态，且光场与原子的耦合常数选取以及体系生成为三体纠缠GHZ态的时间随体系初态的不同而不同，这为制备三体纠缠GHZ态提供了一种有效方案．     

非最大量子纠缠信道的量子态传送——在腔QED系统中利用非最大三粒子纠缠GHZ态传送未知原子态

讨论在腔QED中如何利用非最大三粒子纠缠GHZ态实现未知单原子态、两原子纠缠态的概率隐形传送.在量子态传送过程中需要引入一个辅助粒子以解决使用非最大纠缠量子信道导致的态畸变问题.本方案在两原子与腔相互作用的整个过程中,由于经典场同时对两原子进行驱动,量子态的演化不依赖于腔场的态,因而不受腔泄漏和热腔场的影响.     

双模压缩真空态与运动原子相互作用过程中模间纠缠特性的研究

运用全量子理论,研究双模压缩真空态与运动原子相互作用过程中,双模光场的模间纠缠性质,讨论了原子初态处于激发态时,原子运动和场模结构对模间纠缠性质的影响.结果表明,原子的运动速度和场模结构影响模间纠缠度,但不破坏模间纠缠演化的周期性.     

利用两能级原子与相干态腔场相互作用实现纠缠浓缩

根据大失谐条件下原子–腔场相互作用的特点,讨论了一个制备纠缠相干态的方法,提出了一个利用两能级原子与腔场相干态相互作用实现纠缠浓缩的方案。在这个方案中,2个具有相同振幅但有着π相位差的相干光|α〉和|-α〉构成的纠缠态光场被用来作为量子信道,通过利用两能级原子与腔场的相互作用以及两模正交态测量实现了这个纠缠浓缩的过程。结果表明:对于纠缠相干态,无论其初始的纠缠是多么微弱,利用这种方法总有一定的几率可以从部分纠缠态中提取出最大纠缠态。     

与纠缠原子作用的二项式光场的量子信息保真度

应用全量子理论研究了初始处于纠缠态双原子与二项式光场共振相互作用的光场量子信息保真度.采用数值计算方法,讨论了原子纠缠度、二项式光场参量和相互作用时间对保真度的影响.结果表明:选取恰当的初始原子纠缠参量和初始二项式光场参量,以及控制好相互作用时间,可以获得光场的高保真输出.     

Kerr介质中双模纠缠相干光场与Bell态原子相互作用系统的原子布居数演化

运用全量子理论和数值计算方法, 研究Kerr介质腔中处于Bell态的两个全同二能级纠缠原子与双模纠缠相干光场相互作用系统的原子布居数演化特性. 讨论了双原子体系的初态、 初始光场的平均光子数、 双模纠缠相干光场的纠缠程度及Kerr介质与双模光场的耦合强度对原子布居时间演化特性的影响. 结果表明, 当双原子体系的初态为|β₁₁〉时, 原子布居均不随时间变化; 当双原子体系的初态为|β₀₀〉,|β₀₁〉或|β₁₀〉且初始平均光子数达到一定值时, 演化特性呈现周期性的崩塌-回复效应, 并随初始光子数的增加, 其演化曲线的振荡频率增大, 振幅减小; 双模纠缠相干光场的纠缠程度不影响Rabi振荡频率, 但对振幅影响显著; Kerr介质与光场耦合系数达到一定值时, 对Rabi振荡频率和幅度及原子布居的崩塌-回复周期产生强烈影响.      

利用3-Λ型五能级原子介质操控纠缠态

通过分析3-Λ型五能级原子系统的暗态极化子,讨论三模量子场与原子介质的信息转换过程以及三个信号场之间的信息转换过程.研究结果表明,利用3-Λ型五能级原子系统,可以存储三模量子态,从理论上解释了三模量子信息在介质中的"写入"和"读出"过程.另外利用3-Λ型五能级原子系统还可以操控某些纠缠态,如实现纠缠态的生成、存储、读出、转换等.     

异模双光子与二能级原子相互作用系统的纠缠演化

本文从研究初态为一般纠缠态的两个异模光子与初态为一般叠加态的二能级原子的相互作用着手,对得到的三体纠缠态的纠缠度进行了分析,并进一步讨论了系统初态为某些特殊状态时的纠缠演化。最终都得出了简明的演化公式,并且在某些特殊状态时发现系统将演化成三体GHZ态。     

多原子测量和腔中真空单光子组合态的隐形传递

提出了一个隐形传送多量子位真空和单光子叠加纠缠腔场态的方案,通过原子与腔场发生非共振与共振相互作用以及控制原子与腔场相互作用的时间实现非破坏测量和交换信息,发现了通过测量原子的状态识别4个Bell腔场态的方法.