冷原子系统中里德堡集体激发态的尺寸缩小效应（英文）

原子的集体效应表现出光和原子之间增强的相互作用，这在量子光学和量子信息领域有重要的研究意义。当原子的状态发生变化时，拉比振荡会表现出丰富的动力学特性。本文报道了在冷原子气体中拉比振荡过程中里德堡原子集体态的尺寸缩小效应。首先通过存储制备了里德堡原子集体激发态，再测量辐射光子的时间变化曲线。观察到振荡频率的降低效应，这表现出啁啾特性，这是由于集体态的衰减和基态原子损失引起的。该结果有助于研究里德堡原子的集体效应的动力学行为以及操纵单光子波包。     

2个原子与2个耗散腔场量子体系中的量子退相干

应用J-C模型与相互作绘景中的密度算符理论,研究了2个相互纠缠的理想腔体中2个二能级Rydberg原子与2个纠缠耗散腔场单光子共振相互作用过程中的量子退相干,得到了2个二能级原子的退相干因子.通过对数值计算,讨论了耗散系数和原子-光场相互作用耦合系数对原子态的量子相干性的演化特性的影响.结果表明,耗散系数和原子-光场相互作用强度不仅影响原子态的量子相干性的演化的振荡性,而且影响其演化的周期性.     

基于与两个巨原子相互作用的一维波导QED的非互易光子传输

通过两个全同巨原子分别有效地耦合到一维波导的两个位置,探索了波导中单光子的散射特性,提出了非互易量子开关的理论实现方案.方案中,基于两个全同原子与一维波导组成的耦合系统哈密顿量,计算得到了系统约束态,并通过调整巨原子与波导的耦合位置和耦合系数等参数模拟得出了单光子的散射特性.研究发现:当巨原子的两个引脚的间距L满足kL≠nπ(n为整数)且巨原子与波导耦合的两个耦合系数存在相位差时,光子从两侧分别输入得到的光子输运呈现非互易量子现象.尤其是光子从一侧输入时几乎全部被吸收,而从另一侧输入时则可以通过.研究结果可以用于单光子量子开关和单光子二极管等量子器件的研究.     

耗散原子-腔场复合系统中线性熵的演化特性

应用全量子理论研究了两个纠缠的耗散腔场与穿过其中一个腔场的二能级Rydberg原予相互作用过程中原子的线性熵、两个腔场的线性熵及原子-腔场复合系统的线性熵的演化特性.通过数值计算,讨论了共振情况下耗散常数和原子-光场相互作用耦合强度对原子的线性熵、两个腔场的线性熵及原子-腔场复合系统的线性熵演化特性的影响.结果表明:原子的线性熵、两个腔场的线性熵、原子-腔场复合系统的线性熵的演化都较强地依赖于原子-光场相互作用耦合强度和耗散常数.耗散常数和原子-光场相互作用强度不仅影响量子场熵演化的振荡性,而且影响线性场熵演化的周期性.     

光腔内一维扩展玻色-哈伯德模型的量子相变

光晶格为研究冷原子提供了一个非常纯净并且容易调节的实验平台.在光腔内的光晶格中载入冷原子,可以引入光子原子之间的耦合相互作用,有助于人们研究超辐射转变以及超流和超固体等量子相.除了最近邻格点之间原子排斥相互作用有助于形成超固体以外,原子光子耦合系数的正负符号随位置交替变化也有助于形成超固体.本文将这两种相互作用都考虑进光腔中扩展玻色-哈伯德模型,通过测量原子密度、光子密度、超流序参量、固体序参量和超固体序参量,用平均场方法得到系统的基态相图,发现与硬核系统相比,软核系统的超固体范围更大更容易被发现.此研究结果有助于指导光腔中冷原子实验寻找新的量子相.     

利用量子Zeno动力学与里德堡泵浦效应耗散制备Bell态

提出在QED系统中耗散制备两个里德堡原子的任意一种最大Bell态方案.该方案仅需要一个单模腔,并联合了量子Zeno动力学及里德堡泵浦效应,其中原子的自发辐射被视为有利因素,同时腔始终处于真空态,有效地抑制了腔泄漏效应.此外,对Lindblad主方程的数值模拟结果表明,在现有的实验条件下,耗散制备得到的Bell态保真度可...     

注入两原子的纳米腔与一维耦合谐振腔波导作用下的单光子传输

基于单原子纳米腔与一维耦合谐振腔波导（一维CRW）的单光子传输结论，我们从理论上探讨了纳米腔内注入无相互作用的两原子时，该纳米腔与一维CRW相互作用的单光子传输特性。基于薛定谔方程，采用离散坐标法我们主要探究了不同原子与纳米腔耦合强度、零级谐振腔与纳米腔耦合强度、原子频率、波导频率、单光子动量分别对单光子传输特性的影响，主要通过透射概率和反射概率来表征。第二原子的注入会促进全透射区域的增加，且在较弱的原子与纳米腔耦合区域就可以实现理想的全透射。该研究结果不仅拓展了光与物质相互作用的研究，而且有助于实现新的光子器件。     

2个原子与2个耗散腔场量子体系中线性熵的研究

应用J-C模型与相互作用绘景中的密度算符理论,研究了2个二能级Rydberg原子与2个纠缠耗散腔场单光子共振相互作用过程中线性熵的演化特性.推导了此体系中单个原子、单个场以及2个原子、2个腔场的线性熵公式,讨论了腔场的耗散系数和原子-光场相互作用耦合系数对各线性熵演化的振荡性及其周期性的影响.线性熵的时间演化周期与原子...     

基于里德堡原子的微波传感与通信

随着国际单位制(SI)基本单位的全面重新定义,经典实物基准逐步被以量子物理为基础的自然基准取代.由于原子体系具有可复现、精确、稳定等特点,基于原子体系已经衍生了很多的量子计量新技术.里德堡原子具有极强的微波跃迁电偶极矩和极化率,对外界电磁场非常敏感,利用原子量子相干效应可实现超宽频段电磁场的高精度高灵敏度测量.尤其对于频率高于1 GHz的微波,利用里德堡原子建立微波量子基准的研究正在稳步推进.此外,全光学材质且超宽频段的原子天线在航空航天、军事通信等领域具有广泛的应用前景.本文回顾了基于里德堡原子的微波传感和通信研究,详细介绍了其在微波电场强度量子基准、相干探测、光载无线通信和数字通信等方面的相关进展,讨论了其应用前景及今后可能的发展方向.     

一维Rydberg原子—腔系统

原子与腔相互作用系统具有许多物理性质,如态稳定性和量子相变.本文的模型是一维情形下Rydberg原子—腔相互作用系统,并对激发态Rydberg原子与腔场的耦合考虑了Rydberg原子间偶极—偶极相互作用的最近邻项.文中从三个角度对系统Hamilton量进行能量求解,分别是平均场理论,强耦合展开和量子蒙卡模拟,并得到了相应的参数空间量子相图.文中发现了超流相和介于超流相和固态相之间的稳定的超固态相,而且空穴激发的超固态相比粒子激发的更加稳定,不同相的存在和形状受有效化学势影响很大.     

基于耦合腔系统的相互作用自由的全光开关

利用量子干涉效应,在耦合腔系统中提出了一个相互作用自由的全光开关方案。在该方案中,两个腔通过光子隧穿效应耦合起来。当一个控制场与第二个腔中的原子相互作用时,信号光直接被第一个腔反射回去,因此信号光与控制光在原子-腔系统中没有发生直接耦合作用。本文方案即使在原子和腔之间不满足强耦合条件时也可以很好工作,从而放宽了实验条件下实现光开关的腔强耦合条件。     

三能级原子与双模动腔系统的稳态求解

在原子与双模动腔共同存在的量子系统中,原子、腔场以及移动的镜子之间都会发生相互作用.考虑了一个三能级原子与双模动腔所组成的光机械系统,应用量子朗之万方程,讨论了由V型三能级原子束与双模动腔组成的系统中稳态解的求解方法.由所求的结果可看出,原子介质的存在能影响光子的有效衰减率以及腔场和两个镜子之间的辐射压.     

利用腔QED实现量子态的转移

利用多个相同的两能级原子在一个强经典场驱动下同时和一个单模腔场发生相互作用模型,给出了如何实现一个量子比特的原子态的远距离转移、原子纠缠态转移的方案.该方案中的腔场处于虚激发状态,原子和腔场之间没有能量交换.因此所提出的态转移方案不受腔场热光子和腔衰减的影响,对腔的Q值要求大大降低,使实验实现成为可能.     

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.     

一维波导与嵌入原子的微腔耦合的单光子输运

分析单模波导与两个嵌入了二能级原子微腔耦合的单光子输运问题.用实空间方法精确求解单光子透射和反射振幅.结果表明对于腔模-腔模耦合系数,原子-原子耦合强度以及原子-腔模的相互作用强度的调制会影响系统的单光子散射特性,同时微腔与波导耦合点之间的距离会影响波导内干涉效应,从而改变系统的透射率和反射率.     

操作腔外原子比特控制腔内多光子过程中原子比特熵压缩性质

考虑初始处于Bell态的两原子比特,将其中一个注入真空态腔中发生多光子共振相互作用情况.运用量子信息熵理论,研究对腔外原子比特施逻辑门操作及基态测量前后,腔内原子比特的熵压缩性质.结果表明,操作腔外原子比特前,腔内原子比特不产生熵压缩现象;对腔外原子比特施Hadamard(H)门和H类门操作后,在k=3光子过程中,腔内原子比特产生周期为π/(3!)~1/2熵压缩现象,可制备最佳熵压缩态;在k3的多光子过程中,随着光子数增加,熵压缩因子E(Sx)产生高频振荡,一般熵压缩频繁出现,最佳熵压缩产生次数明显增加,有利于噪声环境下量子通信和量子计算的实验实现.     

基于低Q腔的集体旋转无退相干子空间中的量子信息处理

基于低Q腔的单光子输入输出过程实现量子信息处理任务.将2个光子的极化态编码为1个逻辑量子比特,编码方式对于集体旋转噪声免疫.提出了实现原子和逻辑量子比特之间的混合控制相位翻转门,2个逻辑量子比特之间的CNOT门,逻辑量子比特的纠缠制备,原子到逻辑量子比特的量子态转移等方案.     

三能级原子—双模动腔系统的纠缠输出

本文考虑了一个三能级原子与双模动腔系统相互作用的理论方案.通过量子朗之万方程给出了系统的稳态解,并得出入射率(耦合系数)增大,光子数变少;利用输入输出理论,数值模拟了两模腔场之间的纠缠压缩谱.研究表明原子的入射率及镜子的振动频率影响双模场的输出压缩谱.     

非简并双光子Jaynes-Commings模型中纠缠度对光场的影响

研究两纠缠原子之一在光腔中与两个非简并双光子的相互作用,通过针对性选择测量,使得系统场被约化为不同的态矢,得到纠缠交换的目的;分析原子的纠缠度对约化后光场性质的影响,结果表明纠缠度强烈影响光场的平均光子数分布和二阶量子相干性.     

耗散腔场中双光子Tavies-Cummings模型量子纠缠分析

用共生纠缠度度量的方法来研究两原子在耗散和非耗散腔场中的量子纠缠.研究结果表明：通过控制相互作用时间能够制备出最大纠缠态;且由于原子的双光子跃迁,导致双光子Tavies-Cummings模型是单光子Tavies-Cummings模型在制备最大纠缠态上所需要的时间的.且原子的自发辐射和腔场的损耗使得两原子的最大相干随时间呈周期性减小.