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.     

双模SU(2)相干态场与一个Λ型三能级原子共振相互作用系统的光场反聚束效应

采用全量子理论和数值计算方法,研究了初始处于SU(2)相干态的双模腔场与一个人型三能级原子共振相互作用系统的光场反聚束效应.讨论了在没有对原子进行态选择测量和直接对原子进行态选择测量的两种情况下,两个腔模总光子数、配分参量、耦合系数和原子初态对光场反聚束效应的影响.结果表明:当两个腔模的耦合系数相同时,光场的两个模都呈现反聚束效应;原子初始处于低能级或直接对原子进行态选择测量,α模的反聚束效应明显增强;减少两个腔模的总光子数M,光场的反聚束效应明显增强;当两个腔模的耦合系数相同并对原子进行态选择测量时,光场的反聚束效应不随时间改变.     

纳米光纤腔中腔长诱导的相干动力学

研究纳米光纤腔中光与二能级原子相互作用的相干动力学,该系统具有一个独特的特性:通过控制腔长将产生超强的光与原子相互作用。为了正确描述系统的相干动力学,首先推导出适合弱、强甚至超强相互作用下的Lindblad量子主方程。在此基础上,通过数值方法讨论了原子布居数、平均光子数和二阶关联函数。由于新得到的主方程考虑了反旋波作用,发现长时动力学和二阶关联展现出与传统主方程不一样结果。     

基于原子与腔场双光子相互作用制备原子W态

提出一种利用原子与腔场双光子相互作用制备原子W态的方案。在此方案中,初始时将一个制备在高能级的两能级原子注入处于真空态的腔场中,其余的两能级原子制备在低能级依次注入腔场中发生双光子相互作用。由于原子与腔场之间相互作用是共振的,因此耦合强度相对较大,这将缩短所需的相互作用时间,从而降低实验中退相干的影响。     

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.     

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.     

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.     

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.     

利用腔QED实现非常规几何量子相位门

提出一个基于压缩算符的非常规几何量子相位门的方案.在腔QED系统中,在强共振经典场驱动下,利用两个三能级原子与腔模的双光子相互作用,研究了两量子比特非常规几何量子相位门,发现它与腔模占有数有关,当腔模初始时处于真空态,这个方案对腔模衰变不敏感.     

基于光纤连接三个光腔制备三原子W态

提出一种基于两光纤连接三个光腔制备三原子W态的方案。在此方案中,腔场的信息可以通过光纤进行传送,利用集成在光纤上的两个法拉第回转器阻止来自第二个和第三个腔场的反射。制备得到三原子W态时腔场处于初始时的真空态。由于原子与腔场之间是共振作用,耦合强度相对较大,能缩短所需的相互作用时间。     

基于法拉第旋转制备光子GHZ态和cluster态

制备GHZ态和cluster态是当前量子通讯及量子信息处理过程中一项重要课题,文章基于偏振光被囚禁原子光腔反射后所获得的法拉第旋转制备了子GHZ态和cluster态。该方案不需要腔场的强耦合条件,在低品质光腔中也能实现,从而大大降低了实验难度。     

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。     

物理所发现一新量子效应——光子约瑟夫森效应

[物理所]最近，中国科学院物理研究所／北京凝聚态物理国家实验室刘伍明研究组在光与物质相互作用领域取得重要进展。他们发现在包含冷原子的两个弱耦合微腔的光学系统中可以产生一种新颖的量子效应——光子约瑟夫森效应（Josephson effect of photons），并进一步设计了相干光子干涉器件。     

制备两个三能级原子最大纠缠态的腔QED方案

提出了一个基于原子与腔场共振相互作用制备两个三能级原子最大纠缠态的物理方案.在这个方案里,两个原子被先后送入一个单模共振腔,原子和腔场通过Jaynes-Cummings Hamiltonian发生共振相互作用.我们的方案基于目前的腔QED技术有可能在实验上实现.     

利用原子和光腔作用实现受控非门

分别在2个基态|g₁〉和|g₂〉上制备2个相同的五能级Λ型原子, 再将其通过一个双模（a模和b模）光腔, 其中a模光子耦合下能级|g〉到中间能级|e〉的跃迁, b模光
子耦合中间能级|e〉到上能级|f〉的跃迁, 耦合强度分别为g_a和g_b. 将信息编码在腔模的偏振光子态上, 在原子通过光腔后测量腔的偏振光子态. 数值计算结果表明: 通过控制原子与内腔场的相互作用时间可实现受控非门; 当单光子失谐Δ=0.5g, g/k=2~10时, 保真度均大于99%.     

一个基于腔衰减的四原子纠缠态制备方案

基于A型三能级原子与腔场及经典场的相互作用理论,利用单光子探测器对从光腔中泄漏出来的光子进行符合测量,提出了一个四原子纠缠态的制备方案,四个分别处于不同光腔中的原子将以一定的概率处于GHZ态。     

利用受激拉曼绝热技术制备腔模的高维纠缠态

将两全同原子囚禁于用光纤连接的两个光腔中,经绝热演化可以制备腔模的高维纠缠态.该方案利用受激拉曼绝热技术,只需恰当地控制原子与腔场的耦合参数,就可以有效地抑制原子的自发辐射以及光纤损耗等消相干因素的影响.     

三能级原子-场系统中原子的偶极平方压缩

研究了三能级原子与单模辐射真空场相互作用中原子的偶极平方压缩效应.运用数值计算方法讨论了辐射场与原子的2种耦合常数的相对大小以及原子的初始相干性对原子偶极平方压缩的影响.研究结果表明若初始原子处于基态或最高激发态,则相互作用系统在演化过程中不会出现原子的偶极平方压缩效应;当初始原子处于基态与最高激发态的相干叠加态时,系统在演化过程中可出现原子偶极平方压缩效应;原子偶极平方压缩的深度由反映初始原子相干性的位相因子决定;在其他条件一定时,若初始原子处于最高激发态的几率为1/4而处于基态的几率为3/4,则原子可呈现最佳偶极平方压缩效应;当辐射场与原子的2种跃迁耦合常数均不为0时,压缩量呈周期性变化;压缩量变化的周期由2种跃迁耦合常数的相对大小决定.     

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%.     

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.