高斯脉冲冷却机械振子

光力学系统常被用来实现机械振子的基态冷却,进而实现宏观量子态制备.如何获得更好的冷却效果是光力冷却的核心问题.然而理论证明,采用单束连续光来驱动机械振子存在冷却极限,即无法通过提高驱动强度或振子频率来获得更低的冷却比率,因而需要发展新的动力学理论.我们探讨采用高斯脉冲来驱动机械振子,这一光力学系统在绝大多数情况下不存在稳态,无法使用常用的线性化展开来处理.我们采用新的线性化方法获得有效哈密顿量,由此可以获得光力学系统的动力学演化,进而直接得到系统热声子数的变化.通过详细分析脉冲波形、脉冲强度以及脉冲宽度对热声子数演化的影响,证明选择合适的驱动强度、脉冲宽度,机械振子可以被单个脉冲冷却到基态,并通过多个脉冲来保持在基态.甚至利用脉冲波形中驱动强度的增、减,可以延缓压缩效应对光力系统造成的加热.由此可以突破单束连续驱动的冷却极限,甚至通过强、短高斯脉冲可以将冷却极限降低1/2,展现出脉冲驱动冷却光力学系统的优势.     

双模交叉克尔型耦合系统中宏观量子叠加态的制备

利用双模交叉克尔型耦合光力系统中的光机耦合来制备宏观量子叠加态.考虑二能级原子与单模光腔的强耦合相互作用，并引入单模光腔与单模机械振子间双模交叉克尔型耦合.通过分析发现交叉克尔效应可以放大机械振子的位移，并且当耦合系数趋近于机械振子的振动频率时，可以制备出机械振子的可区分宏观量子叠加态.     

利用驱动单个原子制备腔场的纠缠相干态

提出一种利用经典场驱动单个二能级原子与一双模腔场相互作用制备腔场的纠缠干态的方案,通过对原子的激光操纵,包括Ｓｔａｒｋ效应和Ｒａｂｉ频率的交替控制,使原子与双模腔场相互作用后演化为纠缠态,再对原子进行选态测量即可获得要制备的量子态。     

利用驱动单个原子制备腔场的纠缠相干态

提出一种利用经典场驱动单个二能级原子与一双模腔场相互作用制备腔场的纠缠相干态的方案。通过对原子的激光操纵 ,包括Stark效应和Rabi频率的交替控制 ,使原子与双模腔场相互作用后演化为纠缠态 ,再对原子进行选态测量即可获得所要制备的量子态。     

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.     

基于三腔光力系统的单向放大器

单向放大器是经典和量子信息处理中非常重要的非互易性器件.提出了一种基于三腔光力系统实现单向放大器的方案,其中3个不同的腔场通过辐射压力分别耦合于1个共同的机械振子,并且有2个腔直接耦合起来便于实现非互易性传输.通过求解线性化的量子郎之万方程,解析地给出了实现单向放大的条件,并详细研究了不同腔模之间传输的透射率随入射信号的频率以及有效光力耦合强度的大小和相位差等物理量变化的情况.研究发现,该系统在机械振子的增益和量子相干效应的共同作用下可以实现信号的单向放大.     

多声子系统的多光机械诱导透明

提出了一个光学腔中包含三个可移动镜子的混合腔光机械系统的理论方案,这个光学腔被一束较强的耦合场和一束较弱的探测场驱动与三个机械振子线性耦合.利用平均场近似理论,得到系统的稳态解,并数值模拟了系统输出的探测场随失谐的变化关系.分析与数值结果显示,当三个机械振子的振动频率互不相等时,该系统出现三个透明窗口,当三个振子的振动频率两两相等、或三个都相等时,三透明就变成了双透明或单一透明窗口;同时发现,在所选取的参数范围内,腔场与振子之间的有效耦合系数及腔场的衰减率能够调控透明窗口的宽度,有效耦合系数越大或衰减率越小,透明窗口越宽;如果腔中存在N个机械振子,当N个机械振子的频率互不相等时,此系统会出现N透明现象,否则,透明窗口的个数会有所减少.     

封闭结构三能级原子系统中的压缩和纠缠特性

研究在相干场和微波场驱动下的三能级△型原子与腔模相互作用系统中存在压缩、纠缠特性.通过计算输出场的压缩(纠缠)谱,发现该压缩谱(纠缠谱)的宽度容易受腔衰变系数的影响,而最大压缩(纠缠)度随微波场的增强而减弱,当关闭微波场时,最大压缩度与腔衰变系数无关.这些研究在光通信以及量子信息处理方面有积极意义.     

压缩算子导致的原子对称Dicke态

在腔QED系统中,我们提出一种基于腔模压缩态实现多量子比特平衡Dicke态的方案.此方案最后利用对腔模的真空状态检测确切实现平衡对称Dicke态,由于最后腔模检测需为真空态,腔模-原子的相互作用过程可以通过虚激发过程实现.因此,该方案中纠缠态保真度对实验参数的涨落不敏感.原则上该方案可以扩展到任意偶数个原子相互作用的情况.     

三模光力腔中机械振子的基态冷却

基于海森堡-朗之万方程,文章首先得到三模光力腔的有效哈密顿量,并且通过对光压涨落谱、冷却率和稳态平均声子数的探究,发现当机械振子的冷却跃迁速率和加热跃迁速率分别对应于光压涨落谱的最大值和最小值时,机械振子可以很好地被冷却.通过调控参数来加强光压涨落谱的正频部分并抑制其负频部分,此时对应的冷却率达到最大,同时机械振子的稳...     

基于多波混频的三体连续变量纠缠

基于多波混频参数相互作用,研究了一个五能级原子系综中的三体连续变量纠缠.其中,两个光场通过一个双通道Raman跃迁,以和模的形式组合成一个联合模与原子相互作用,这个联合模因外加相干场与第三个腔场介于混频参数相互作用,导致了3个腔场正交算符的方差和满足三体连续变量纠缠有效判据,从而实现了稳态三体连续变量纠缠.     

耦合腔光机械系统中两个机械振子的态交换

本文研究了一个由光纤连接的两个法布里-帕罗腔所组成的耦合光机械系统,每一个腔都是由一个固定的镜子和一个移动的镜子组成,移动的镜子可以看作机械振子,同时,这两个腔模都被经典激光场驱动,则在腔场与腔场之间,镜子与腔场之间,以及经典激光场和腔场之间都会产生相互作用。通过变换绘景、绝热剔除、旋波近似忽略高频项等量子光学的处理方法消除哈密顿中的两个腔模,得到了两个声子模之间有效的哈密顿;在假设两个机械振子的初态是相干态的情况下,解析出两个耦合的机械振子能够进行态交换;最后,为了验证解析结果,数值模拟了系统量子态的保真度,模拟结果表明,解析结果与数值模拟是自洽的,两个机械振子之间可以周期性地进行态交换。     

基于腔衰减辅助的受激拉曼绝热跟随技术的量子计算方案（英文）

提出了一个基于腔QED系统实现无退相干子空间中任意两比特纠缠逻辑门的理论方案,结合已有的单量子比特的逻辑操作,就可以完成任意的量子计算.两个相同的原子囚禁在单模光学腔中,并受到外加激光场的驱动,在腔场初态处于真空态的情况下,大的腔场衰减相当于对腔场进行频繁测量,而使之保持在真空态,这种效应就是腔场衰减协助的量子Zeno效应,它通过生成腔场的无退相干子空间而有效地抑制了腔场衰减的影响.另一方面,利用受激Raman绝热过程来克服原子自发辐射的影响,所以方案可以获得很高保真度的纠缠逻辑门.     

基于腔衰减辅助的受激拉曼绝热跟随技术的量子计算方案

提出了一个基于腔QED系统实现无退相干子空间中任意两比特纠缠逻辑门的理论方案,结合已有的单量子比特的逻辑操作,就可以完成任意的量子计算.两个相同的原子囚禁在单模光学腔中,并受到外加激光场的驱动,在腔场初态处于真空态的情况下,大的腔场衰减相当于对腔场进行频繁测量,而使之保持在真空态,这种效应就是腔场衰减协助的量子Zeno效应,它通过生成腔场的无退相干子空间而有效地抑制了腔场衰减的影响.另一方面,利用受激Raman绝热过程来克服原子自发辐射的影响,所以方案可以获得很高保真度的纠缠逻辑门.     

基于光机械系统的质量探测器

光机械系统在精密测量方面的应用关键是基于纳米机械振子与高品质光学腔之间的强耦合.利用光学腔耦合纳米机械振子的同时通过库伦力耦合另外的一个带电纳米机械振子,并利用双模光力诱导透明等量子特性,发现第二个纳米机械振子随着附加质量的不断增加,两个透明窗口之间的距离(透射光频率之差)不断减小,根据此关系可精密测量附加在第二个纳米机械振子上微小物体质量.     

Λ型三能级原子诱导光机械系统的稳态纠缠

为了研究原子对光机械系统的影响,将原子引入到一个双模动腔系统中,本文提出了一个由Λ型三能级原子去纠缠两个介观镜以及双模腔场的理论方案。由于原子的介入,使得腔场与移动的镜子之间发生相互作用。利用量子朗之万方程,结合激光的线性近似理论,求出此系统的稳态解。同时,采用西蒙判据,对系统的稳态纠缠进行了数值模拟。研究结果表明,纠缠是由原子的相干态诱导的,即使对于机械品质因子较低的坏腔,当腔场与原子之间的耦合系数取值恰当时,两个移动的镜子,两模腔场以及腔场与较远镜子之间都会产生纠缠。并且得出,耦合系数越大,纠缠越大,即入射率越大,纠缠越大。由于在此混合系统中,任何两体之间都是纠缠的,得出此系统中存在多体纠缠现象。     

双模纠缠相干光场与Λ型原子耦合系统中原子的偶极压缩效应

利用数值计算的方法,研究了双模纠缠相干光场与Λ型三能级原子相互作用系统中原子偶极压缩效应。讨论了双模纠缠相干光场纠缠程度和两场模的初始平均光子数对原子偶极压缩效应的影响.数值计算结果表明:随双模纠缠相干光场纠缠程度的增大和双模光场初始平均光子数的增大,原子偶极压缩效应减弱。     

双模纠缠相干光场与Σ型三能级原子相互作用系统的原子偶极压缩效应

研究双模纠缠相干光场与Σ型三能级原子相互作用系统的原子偶极压缩效应, 分析了双模纠缠相干光场的纠缠程度、原子的基态概率幅、失谐量以及平均光子数对原子偶极压缩效应的影响. 结果表明, 双模纠缠相干光场的纠缠程度对原子的偶极压缩没有明显的影响;原子初态完全处于基态或激发态时, 原子偶极压缩现象均未出现, 原子处于基态概率和激发态概率相等的初态时, 原子偶极压缩量最大;原子偶极压缩的频率随失谐量增加而增加;当保持场模1的平均光子数不变而场模2的平均光子数增加时, 原子的偶极压缩深度变浅而偶极压缩频率保持不变.     

双模纠缠相干光场与Σ型三能级原子相互作用系统的原子偶极压缩效应

研究双模纠缠相干光场与Σ型三能级原子相互作用系统的原子偶极压缩效应, 分析了双模纠缠相干光场的纠缠程度、 原子的基态概率幅、 失谐量以及平均光子数对原子偶极压缩效应的影响. 结果表明, 双模纠缠相干光场的纠缠程度对原子的偶极压缩没有明显的影响; 原子初态完全处于基态或激发态时, 原子偶极压缩现象均未出现, 原子处于基态概率和激发态概率相等的初态时, 原子偶极压缩量最大; 原子偶极压缩的频率随失谐量增加而增加; 当保持场模1的平均光子数不变而场模2的平均光子数增加时, 原子的偶极压缩深度变浅而偶极压缩频率保持不变.     

双模纠缠相干光场与A型原子耦合系统中光场的压缩效应

利用数值计算方法研究双模纠缠相干光场与A型三能级原子相互作用系统中光场的压缩效应,讨论了双模纠缠相干光场纠缠程度和两场模的初始平均光子数对光场压缩效应的影响.数值计算结果表明:随双模纠缠相干光场纠缠程度的增大,压缩效应增强,光场处于最大纠缠态时,光场压缩效应最强;另一方面,随双模纠缠相干光场初始平均光子数的增大,光场的压缩效应减弱,当双模光场初始平均光子数大于一定值后,压缩效应消失.