双模纠缠相干光场与Ξ型三能级原子相互作用系统的光子统计性质

采用求解Schrdinger方程和数值计算方法,研究了双模纠缠相干光场与Ξ型三能级原子相互作用系统的光子统计性质,分析了双模纠缠相干光场的纠缠程度、原子基态概率幅、失谐量、场模与原子的耦合常数以及平均光子数对光子统计性质的影响.结果表明,双模纠缠相干光场的纠缠程度对光子统计性质的影响不大; 原子初态时基态概率幅变大使时间演化曲线的中心显著上移; 失谐量变大使时间演化曲线的振荡频率变慢; 平均光子数、场模与原子耦合常数的变化对光子统计性质的影响也很明显; 光场两模之间总为非经典相关.     

双模纠缠相干光场与Ξ型三能级原子相互作用系统的光子统计性质

采用求解Schr〖AKo¨D〗dinger方程和数值计算方法, 研究了双模纠缠相干光场与Ξ型三能级原子相互作用系统的光子统计性质, 分析了双模纠缠 相干光场的纠缠程度、 原子基态概率幅、 失谐量、 场模与原子的耦合常数以及平均光子 数对光子统计性质的影响. 结果表明, 双模纠缠相干光场的纠缠程度对光子统计性质的影 响不大; 原子初态时基态概率幅变大使时间演化曲线的中心显著上移; 失谐量变大使时间演化曲线的振荡频率变慢; 平均光子数、 场模与原子耦合常数的变化对光子统计性质的影响也很明显; 光场两模之间总为非经典相关.     

多光子T-C模型中原子布居数的演化

利用Tavis-Cummings模型研究了耦合二能级原子通过多光子跃迁与相干态光场相互作用系统中原子布居数的演化,讨论了原子间耦合强度、纠缠度和光场初始平均光子数的变化对原子布居数的演化的影响。数值计算结果表明:原子布居差随时间演化曲线的行为主要由光场初始平均光子数的大小决定;原子间耦合强度的变化对其演化的影响可忽略;原子间纠缠程度的增大会减弱原子的反转。     

非线性Jaynes-Cummings模型中原子与光场的纠缠特性

利用密度矩阵的部分转置矩阵负本征值,研究了附加Kerr介质依赖强度耦合Jaynes-Cummings模型中原子与光场纠缠度随时间的演化特性,讨论了Kerr介质与不同初始光场对原子—光场纠缠度的影响.结果表明:原子—光场纠缠度随时间作周期性演化,其演化周期由光场与原子耦合强度以及光场与介质相互作用强度来确定,并随耦合强度和相互作用强度的增加而减小,其纠缠程度会随光场的初始状态的不同而产生明显的变化.     

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.     

非旋波近似下纠缠态在腔场与原子之间相互转化特性的研究

利用全量子理论,精确求解了非旋波近似下多个二能级原子与单模光场构成的联合系统态矢量的演化规律,讨论了旋波近似下和非旋波近似下纠缠态在光场与原子之间的转化过程.结果表明：旋波近似下,原子纠缠态与光场纠缠态可以方便的交换传递或保持.非旋波近似下,虚光场效应对纠缠态在腔场与原子之间相互转化的过程有明显的影响：光场纠缠信息传递给原子后腔场未能恢复到真空态;伴随着纠缠态的转化和保持过程,相位有所改变并产生了多项干扰.     

二项式光场与三个两能级原子相互作用系统的原子间纠缠

通过计算系统的共生纠缠度和平均纠缠度,研究了二项式态与初始时刻处于GHZ类态的3个两能级原子相互作用系统的量子纠缠特性,讨论了二项式光场的最大光子数和系数参量对系统纠缠特性的影响.结果表明:光场处于数态和相干态时,两原子间的共生纠缠度和平均纠缠度的峰值较小,光场的最大光子数M一定时,光场系数对两原子间的纠缠有一定的破坏作用;光场系数η不变时,光场最大光子数M对系统中两原子间纠缠演化有显著的影响,随着光场最大光子数M的增大,共生纠缠度C(t)达到稳定高频振荡的时间越来越长,平均纠缠度呈现单调递增的趋势,而在光场最大光子数M30时,呈现平缓增长的趋势.     

W类态三纠缠原子与二项式光场相互作用过程中光场的量子特性

采用全量子理论, 研究处于W类态的三纠缠原子与二项式光场相互作用过程中光场的量子特性; 运用数值方法, 讨论了三纠缠原子初始状态和二项式光场系数对系统光场压缩和二阶相干特性的影响.     

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.      

多模光场与二能级原子N_j度简并N~∑光子共振相互作用系统中场量子熵与纠缠的演化

利用冯·纽曼量子约化熵理论研究了多模相干态光场与单个二能级原子简并多光子共振相互作用系统中场量子熵与纠缠的时间演化特性,得到了多模光场量子熵的解析表达式,并给出了三模场与原子相互作用时场量子熵的数值计算结果,详细讨论了此时初始平均光子数、原子分布角以及原子偶极相位角对场量子熵与纠缠的影响.数值计算结果表明:初始光场越强,场与原子之间的量子纠缠越弱,当光场足够强时,两子系统几乎始终处于退纠缠状态;场量子熵强烈地依赖于原子分布角,光场与原子总是处于纠缠态,并且在短时间的振荡之后几乎停留在最大纠缠态,而原子分布角越大,场量子熵演化到其最大值的时间越短;原子偶极相位角对场与原子之间的量子纠缠几乎没有影响.根据场量子熵的这些特性,可以制备纠缠态或纯态.     

光腔中二能级原子双模纠缠光场的制备

利用光腔中二能级原子模型制备出稳定的双模纠缠态，并且运用Duan等人提出的可分离判据对双模腔场的纠缠进行了分析．研究表明：纠缠的程度与单光子泵浦光强度、合作参量、失谐频率有关，并且纠缠最大，光子数也最大．     

Tavis-Cummings模型中原子间偶极相互作用对相对熵纠缠度的影响

用量子相对熵研究了耦合双原子与单模真空场相互作用系统的纠缠度,讨论了原子间偶极相互作用对相对熵纠缠度的影响.研究结果表明:原子间纠缠与原子-场间纠缠的时间演化相位相反.原子间偶极-偶极相互作用的增强,引起纠缠度的演化周期增大;原子间纠缠度不变,而原子-场间纠缠度减少.     

Experimental demonstration of a BDCZ quantum repeater node

Quantum communication is a method that offers efficient and secure ways for the exchange of information in a network. Large-scale quantum communication (of the order of 100 km) has been achieved; however, serious problems occur beyond this distance scale, mainly due to inevitable photon loss in the transmission channel. Quantum communication eventually fails when the probability of a dark count in the photon detectors becomes comparable to the probability that a photon is correctly detected. To overcome this problem, Briegel, Dür, Cirac and Zoller (BDCZ) introduced the concept of quantum repeaters, combining entanglement swapping and quantum memory to efficiently extend the achievable distances. Although entanglement swapping has been experimentally demonstrated, the implementation of BDCZ quantum repeaters has proved challenging owing to the difficulty of integrating a quantum memory. Here we realize entanglement swapping with storage and retrieval of light, a building block of the BDCZ quantum repeater. We follow a scheme that incorporates the strategy of BDCZ with atomic quantum memories. Two atomic ensembles, each originally entangled with a single emitted photon, are projected into an entangled state by performing a joint Bell state measurement on the two single photons after they have passed through a 300-m fibre-based communication channel. The entanglement is stored in the atomic ensembles and later verified by converting the atomic excitations into photons. Our method is intrinsically phase insensitive and establishes the essential element needed to realize quantum repeaters with stationary atomic qubits as quantum memories and flying photonic qubits as quantum messengers.     

孤立原子和双模腔内原子之间的纠缠突然死亡研究

通过计算并发度和线性熵研究了初始处于纠缠态的两个两能级原子与双模场相互作用系统的纠缠动力学特性,讨论了原子初始纠缠度和腔场初始纠缠度对并发度的影响。结果表明,两原子之间的纠缠出现纠缠突然死亡(ESD)现象,纠缠死亡持续的时间长度和原子初始的纠缠度无关,然而依赖于腔场初始纠缠度;在整个时间演化过程中,两原子和腔场之间一直保持着纠缠状态。     

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.     

单畴铁磁粒子磁化强度弛豫时间的探讨

考虑到原子作非简谐振动,求出外磁场中单畴粒子的自由能和弛豫时间的表达式,讨论了阻尼系数和温度对粒子磁化强度弛豫时间的影响．结果表明：原子的非简谐振动会影响单畴铁磁粒子的自由能,但是不会影响弛豫时间．总的讲,弛豫时间随阻尼系数增大而增大,阻尼系数较小或中间变化范围时,温度的影响较小;而阻尼系数较大时,温度的影响较大;给定阻尼条件下,温度较低时弛豫时间较大．     

Entanglement of single-atom quantum bits at a distance

Quantum information science involves the storage, manipulation and communication of information encoded in quantum systems, where the phenomena of superposition and entanglement can provide enhancements over what is possible classically. Large-scale quantum information processors require stable and addressable quantum memories, usually in the form of fixed quantum bits (qubits), and a means of transferring and entangling the quantum information between memories that may be separated by macroscopic or even geographic distances. Atomic systems are excellent quantum memories, because appropriate internal electronic states can coherently store qubits over very long timescales. Photons, on the other hand, are the natural platform for the distribution of quantum information between remote qubits, given their ability to traverse large distances with little perturbation. Recently, there has been considerable progress in coupling small samples of atomic gases through photonic channels, including the entanglement between light and atoms and the observation of entanglement signatures between remotely located atomic ensembles. In contrast to atomic ensembles, single-atom quantum memories allow the implementation of conditional quantum gates through photonic channels, a key requirement for quantum computing. Along these lines, individual atoms have been coupled to photons in cavities, and trapped atoms have been linked to emitted photons in free space. Here we demonstrate the entanglement of two fixed single-atom quantum memories separated by one metre. Two remotely located trapped atomic ions each emit a single photon, and the interference and detection of these photons signals the entanglement of the atomic qubits. We characterize the entangled pair by directly measuring qubit correlations with near-perfect detection efficiency. Although this entanglement method is probabilistic, it is still in principle useful for subsequent quantum operations and scalable quantum information applications.     

纳米铁磁粒子磁化强度弛豫时间的非简谐效应

在原子作非简谐振动的情况下，求出在均匀外磁场中单轴铁磁粒子的弛豫时间与阻尼系数、粒径大小、温度等的关系.以球状纳米铁磁粒子作计算，探讨了原子非简谐振动和阻尼系数对粒子磁化强度弛豫时间的影响.结果表明：铁磁纳米微粒的弛豫时间随温度、粒径大小和阻尼参数均有明显改变，纳米微粒的小尺寸效应对纳米铁磁粒子的弛豫时间有明显影响.