相干矢量表象中的量子相干性度量

量子相干性度量最近是量子资源理论中的热点任务. Baumgratz等人已经于2014年提出严格的相干性度量框架.在该框架中,相干性度量的定义要求把量子态固定在希尔伯特空间中一组特定基矢上,其结果是在同一度量下,基矢的变换会引起同一量子态的相干性发生改变.在相干矢量表象中利用相干矢量的旋转性质,一种基于相干矢量归一化模长的相干性度量被提出.在该度量中,同一量子态的相干性独立于基矢的选择.基于该度量的非相干态和非相干算符已经分别定义为经典最大混合态和酉算符.同时,三条重要性质已经得到,分别为非负性、凸性和非相干操作不变性.     

原子腔场系统中弱相干态的几率传送

提出了一个用原子与腔场纠缠态作为量子信道,非贝尔态测量和腔量子电动力学技术实现弱相干态的隐形传送的方案,分析了平均光子数对传送相干态的影响,发现平均光子数在0.25附近时效果最佳.该方案的最大优点是在某种程度上可以避免退相干现象.     

自旋相干态法研究自旋轨道耦合BEC系统的基态性质

文章采用自旋相干态的方法研究自旋轨道耦合玻色爱因斯坦凝聚(BEC)系统的基态性质,在自旋相干态表象下把系统的哈密顿量对角化,由变分法求出系统的基态能谱、原子布居数和光子数,从而得到系统的量子相变,与Holstein-Primakoff方法所得的结果一致.     

非绝热、非周期演化量子相位特征与测量研究

以二能级原子系统为模型, 细致地研究了非绝热演化量子相位特征. 基于量子干涉原理, 提出了一种测量非绝热演化量子相位的新方法. 且阐述了这种测量方法的物理机理, 利用这种方法在原子态布居几率的干涉条纹中可直接获得量子相位的分布信息.     

单量子系统中基于相干度量的态排序

在单量子系统中, 利用相干度量的定义及其性质, 基于不同相干度量分别研究纯态和混合态的态排序, 并给出C_max,C_vmax与C_r,C_I,C_l1 的态排序结果. 结果表明： C_r,C_Ι,C_H对纯态提供相同的态排序, 该态排序结果对混合态不成立； 不同于纠缠度量, 2个相干度量在纯态中的序关系对任意态未必有相同结果.     

利用V型三能级原子传送N-qubit未知原子态

实现量子态的隐形传送,尤其是多比特的量子态的隐形传送在量子信息领域中具有非常重要的作用.利用全量子理论,对简并V型三能级原子与单模相干态的相反态腔场之间的Raman相互作用进行了详细研究.在此基础上,提出了利用简并V型三能级原子与腔场之间的Raman相互作用来隐形传送N-qubit未知原子态的新方案.     

基于玻色约瑟夫森结的自旋压缩的相干控制

提出了利用人造原子-基于约瑟夫森结的超导量子比特产生自旋压缩的电路模型,给出了系统的有效哈密顿量.在海森堡绘景下,利用冷冻自旋近似方法得到近似解析解,进而分析了系统自旋压缩效应的调控方法.研究表明,通过调节系统粒子数或者耦合强度与有效非线性相互作用强度的比例,均可有效地调控系统的自旋压缩程度和处于自旋压缩态的时间.外场越弱,粒子数越多,系统的自旋压缩程度越强,处于自旋压缩态的时间越长.     

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.     

MG模型中纠缠态演化的研究

纠缠态是量子通信和量子计算的重要资源。讨论了量子纠缠态在Majumdar-Ghost自旋系统中的演化,纠缠态通过concurrence度量。数值计算结果表明纠缠度与系统耦合系数和演化时间相关。通过选择合适的系统演化时间、耦合系数,在自旋MG系统中可以实现高品质的量子纠缠态制备。     

激光冷却原子的新奇量子态与探测

随着原子气体的激光冷却和相干操控技术的飞速发展,冷原子系统的新奇量子态研究以及在量子精密测量的应用均取得了丰硕的成果,例如人造规范势、多体相互作用诱导的拓扑态及拓扑量子相变、冷原子喷泉频标、冷原子干涉仪测量引力常数、魔术波长光晶格频标、冷离子频标、冷原子重力仪、冷原子陀螺仪等.新型冷原子精密测量多次刷新了精密测量的记录,并逐渐成为新的计量标准.基于超冷原子的精密测量为新一代全球卫星导航、深空探测、微重力测量、地震预报、地下油田面积的勘测和油井的定位、工业精密测量与控制等提供新的关键技术.本文重点阐述了激光冷却原子的新奇量子态及探测技术,例如在玻色-凝聚体中产生自旋-轨道角动量耦合;由多体相互作用诱导的拓扑相变;在开通道、闭通道失衡Feshbach共振条件下,体系存在从FuldeFerrell-Larkin-Ovchinnikov超流态到Sarma超流态的量子相变;发展了87Rb原子nP里德堡态的光谱测量、光晶格中超冷原子量子态的探测等手段,并实现了多组分BEC干涉仪.     

~(-1)和~(+-1)对偶、奇相干态作用的量子统计性质

偶、奇相干态是光场的两个具有完全不同量子统计性质的非经典态 ,在湮灭算符 a的作用下可实现它们之间的相互转化 .本文讨论偶、奇相干态的量子统计性质在玻色湮灭算符的逆算符 a- 1和玻色产生算符的逆算符 a+- 1 作用下的变化 .     

Coherent quantum state storage and transfer between two phase qubits via a resonant cavity

As with classical information processing, a quantum information processor requires bits (qubits) that can be independently addressed and read out, long-term memory elements to store arbitrary quantum states, and the ability to transfer quantum information through a coherent communication bus accessible to a large number of qubits. Superconducting qubits made with scalable microfabrication techniques are a promising candidate for the realization of a large-scale quantum information processor. Although these systems have successfully passed tests of coherent coupling for up to four qubits, communication of individual quantum states between superconducting qubits via a quantum bus has not yet been realized. Here, we perform an experiment demonstrating the ability to coherently transfer quantum states between two superconducting Josephson phase qubits through a quantum bus. This quantum bus is a resonant cavity formed by an open-ended superconducting transmission line of length 7 mm. After preparing an initial quantum state with the first qubit, this quantum information is transferred and stored as a nonclassical photon state of the resonant cavity, then retrieved later by the second qubit connected to the opposite end of the cavity. Beyond simple state transfer, these results suggest that a high-quality-factor superconducting cavity could also function as a useful short-term memory element. The basic architecture presented here can be expanded, offering the possibility for the coherent interaction of a large number of superconducting qubits.     

增加光子奇(偶)对相干态的非经典特性

构造了增加光子奇(偶)对相干态并用数值模拟方法研究了它们的非经典性质.结果表明,增加光子奇(偶)对相干态都具有光子统计的亚泊松分布以及反聚束效应等非经典性质,是新型量子光场.在奇(偶)对相干态的两个场模上增加光子,都可以增强光场光子统计的亚泊松分布特性.     

多色连续变量量子态

光场量子态的制备在量子光学及光量子信息科学领域具有重要的地位.多组份多载波(多色)的非经典光场量子态,特别是载波位于光通信与原子吸收线等波段的量子态,在量子通信、量子计算等方面存在着潜力巨大的应用前景.文章介绍了该方面研究现状与研究动态.     

利用V型三能级原子与相干态腔场的拉曼相互作用来传送三比特的未知原子态

实现量子态的隐形传送,尤其是多比特的量子态的隐形传送在量子信息领域中具有非常重要的作用。本文提出了一种用一个三原子和相干态腔场的纠缠态作为量子信道,隐形传送三比特的未知原子态的方案。     

不同类型连续变量量子态离物传送的判据

文章利用量子力学的测量理论 ,分析了不同类型连续变量量子态在离物传送过程中的态演化 ,并推导出输出态的保真度表示式。结果表明对不同类型的输入态 ,其保真度和保真度的非经典边界有不同的形式。和相干态比较 ,当输入态为非经典量子态时 ,为达到同样的保真度必须应用具有高关联度的量子纠缠态光场     

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.      

Tunable ion-photon entanglement in an optical cavity

Proposed quantum networks require both a quantum interface between light and matter and the coherent control of quantum states. A quantum interface can be realized by entangling the state of a single photon with the state of an atomic or solid-state quantum memory, as demonstrated in recent experiments with trapped ions, neutral atoms, atomic ensembles and nitrogen-vacancy spins. The entangling interaction couples an initial quantum memory state to two possible light-matter states, and the atomic level structure of the memory determines the available coupling paths. In previous work, the transition parameters of these paths determined the phase and amplitude of the final entangled state, unless the memory was initially prepared in a superposition state (a step that requires coherent control). Here we report fully tunable entanglement between a single (40)Ca(+) ion and the polarization state of a single photon within an optical resonator. Our method, based on a bichromatic, cavity-mediated Raman transition, allows us to select two coupling paths and adjust their relative phase and amplitude. The cavity setting enables intrinsically deterministic, high-fidelity generation of any two-qubit entangled state. This approach is applicable to a broad range of candidate systems and thus is a promising method for distributing information within quantum networks.     

a~5、a~6的正交归一本征态与广义相干态和高阶压缩态

本文研究了光子消灭算符α的五次幂α~5和六次幂α~6的正交归一本征态,发现它们都是具有反聚束效应的非经典光场态,进一步提出了广义相干态和高阶压缩态的概念。