量子位非马尔柯夫过程的消相干

利用子动力学投影的方法讨论量子位非马尔柯夫过程的消相干问题,提出量子位与周围热库弱耦合条件下非马尔柯夫过程动力学演化方程以及量子位克服消相干的一般判据以及投影子空间中量子计算的纠错方法。     

用开放量子系统的理论研究量子信息

简述了利用开放的量子系统的理论--子动力学方程,处理量子计算中退消相干的一般方法,以及子空间中多量子位的计算及其避错码问题。     

含互感耦合的超导磁通量子比特消相干的研究

在Born—Markov近似下，根据Bloch—Redfield方程，给出了一种计算超导量子比特能量弛豫时T1与消相干时间T2的方法。在此基础上，研究了一个含互感耦合的超导磁通量子比特的消相干现象，并给出了该超导量子比特能量弛豫时间Ｔ1与消相干时间Ｔ2。结果表明：对于研究的磁通量子比特，在其他条件不变时且环境热库等效为一个纯电阻时，则去相位时间Tφ，由高能级｜j〉向低能级｜i〉的能量弛豫时间T1和量子系统的消相干时间疋都与耗散成正比。     

受激辐射下两原子有效量子纠缠

研究了受激辐射相互作用下两原子体系的量子纠缠特性.运用量子绝热近似方法,获得了体系的有效哈密顿量,讨论了在该哈密顿量下两原子量子纠缠的动力学演化.研究结果说明,在大失谐条件下,受激辐射相互作用可以将两原子制备到最大纠缠的Bell态,在退相干时间内,原子的自发辐射及热环境对量子纠缠的影响不大.     

Dicke模型中虚光子过程对原子自旋压缩的影响

在经典极限条件下，量子化的Dicke模型在非旋波近似条件下表现为量子混沌动力学特征。本文通过数值计算，考察了Dicke模型中原子自旋压缩性质，讨论了虚光子过程中耦合系数和原子数对原子自旋压缩性质的影响。     

晶体中相干声子量子拍频的飞秒TR-CARS研究

建立了利用飞秒TR-CARS技术研究晶体中相干声子动力学的理论模型,针对两个声子模式被同时激发时,它们之间相干耦合的量子拍频现象进行了数值模拟,讨论了两个声子模式的波数差、振幅因子之比以及失相时间变化对量子拍频曲线的影响.为在飞秒时间尺度上研究晶体中相干声子动力学提供了理论依据,对于理解相干声子的属性具有重要意义.     

两量子比特Rabi模型的纠缠动力学

利用零级近似方法讨论了两量子比特Rabi模型中的纠缠动力学问题,分析了不同耦合强度对系统纠缠的影响。这里量子比特和光场的初态分别选取为最大纠缠的Bell态和相干态。通过与数值方法比较,发现当量子比特跃迁频率远小于单模光场的频率时,在超强耦合区域内零级近似方法能够很好地描述系统的纠缠特性。结果显示两量子比特之间的纠缠可呈现突然死亡和产生的现象。而当量子比特之间的纠缠消失时,它们与光场的纠缠可以达到最大值,即两种不同的纠缠相互竞争相互制约。     

基于低Q腔的无集体弛豫量子信息处理

研究了原子囚禁于光学腔系统在低Q腔条件下的输入输出过程,将2个原子编码为在集体弛豫无消相干子空间(Collective-relaxation Decoherence-free Subspaces,CRDFS)内的逻辑量子比特,提出了2种构建光子和逻辑量子比特之间的杂化受控相位翻转门(Hybrid Controlled-phase-flip (CPF) Gate)的理论方案.基于此CPF门,说明可以实现在CRDFS内逻辑量子比特的纠缠态制备.该方案只需要低Q腔和中度耦合条件,这比之前的方案实验上更容易实现.     

量子导引在结构化环境中退相干演化

以腔量子动力学系统为研究对象,讨论量子关联态的可导引性在结构化光场环境中演化规律.系统与各自环境的相互作用导致了量子退相干,其过程可以通过量子噪声信道描述.从数学几何角度,我们通过量子导引椭体球的动态形变和体积变化,研究两体量子纠缠态中量子可导引性的动力学过程,分析了量子退相干对量子导引非对称性的影响.我们发现,随着量子关联态的演化,系统和各自环境的耦合会大大改变量子导引椭体球的形态,压缩其体积,从而降低量子导引.与单个系统经历量子噪声信道相比,在2个系统同时经历噪声信道的情形中,量子导引椭体球的形变更加剧烈.另一方面,当系统与环境发生强耦合时,与相同时间段内的弱耦合情况相比,量子导引的衰减被加速.     

利用动力学去耦合脉冲增大和调节量子相干性和三体纠缠

本文研究了动力学去耦合脉冲对腔量子电动力学系统中量子相干性, 量子失谐和量子纠缠的影响, 发现动力学去耦合脉冲不仅能够增大系统中两原子之间的量子相干性, 同时也能增大它们之间非经典关联（量子失谐和量子纠缠）. 同时, 凭借迹距离的方法, 探讨了动力学去耦合脉冲增大两原子之间量子相干性的原因, 通过探究可以看出动力学去耦合脉冲能够控制和加速量子信息从其他子系统回流到两个原子中去, 并减少两原子子系统和其他子系统之间的量子信息流动, 从而增加两原子间的量子相干性和非经典关联. 最后, 利用保真度的方法研究了系统中三体纠缠出现的情况, 结果显示在不同的时间, 系统中会出现三体纠缠, 特别值得指出的是, 可以通过动力学去耦合脉冲来调节和增加系统中三体纠缠出现的时间.     

无旋波近似下的二能级开放系统非马尔科夫动力学(英文)

在无旋波近似下,研究了一个二能级系统与零温结构库的相互作用.当系统与环境为弱耦合时,推导出描述系统状态演化的主方程.解析与数值结果均表明,反旋转波项对系统的非马可夫动力学起着重要作用.同时也分析了最近提出的两种非马可夫度量之间的差别.     

自发辐射诱导原子质心运动退相干的理论研究

研究单个二能级原子与真空电磁场的相互作用,给出了总系统的薛定谔方程的解析波函数,并分析得出原子质心运动的约化密度矩阵。结果表明原子内部电子态与真空场的相互作用会诱导原子的质心运动与原子的内部电子态发生纠缠,从而会导致原子的质心运动发生量子退相干。文中还给出了退相干因子的解析表达式,并通过图形演示了原子质心运动退相干的动力学演化情况,以及与原子的空间尺度和原子-场耦合强度的相关性。     

Quantum-coherent coupling of a mechanical oscillator to an optical cavity mode

Optical laser fields have been widely used to achieve quantum control over the motional and internal degrees of freedom of atoms and ions, molecules and atomic gases. A route to controlling the quantum states of macroscopic mechanical oscillators in a similar fashion is to exploit the parametric coupling between optical and mechanical degrees of freedom through radiation pressure in suitably engineered optical cavities. If the optomechanical coupling is 'quantum coherent'--that is, if the coherent coupling rate exceeds both the optical and the mechanical decoherence rate--quantum states are transferred from the optical field to the mechanical oscillator and vice versa. This transfer allows control of the mechanical oscillator state using the wide range of available quantum optical techniques. So far, however, quantum-coherent coupling of micromechanical oscillators has only been achieved using microwave fields at millikelvin temperatures. Optical experiments have not attained this regime owing to the large mechanical decoherence rates and the difficulty of overcoming optical dissipation. Here we achieve quantum-coherent coupling between optical photons and a micromechanical oscillator. Simultaneously, coupling to the cold photon bath cools the mechanical oscillator to an average occupancy of 1.7?±?0.1 motional quanta. Excitation with weak classical light pulses reveals the exchange of energy between the optical light field and the micromechanical oscillator in the time domain at the level of less than one quantum on average. This optomechanical system establishes an efficient quantum interface between mechanical oscillators and optical photons, which can provide decoherence-free transport of quantum states through optical fibres. Our results offer a route towards the use of mechanical oscillators as quantum transducers or in microwave-to-optical quantum links.     

Decoherence of quantum superpositions through coupling to engineered reservoirs

The theory of quantum mechanics applies to closed systems. In such ideal situations, a single atom can, for example, exist simultaneously in a superposition of two different spatial locations. In contrast, real systems always interact with their environment, with the consequence that macroscopic quantum superpositions (as illustrated by the 'Schrodinger's cat' thought-experiment) are not observed. Moreover, macroscopic superpositions decay so quickly that even the dynamics of decoherence cannot be observed. However, mesoscopic systems offer the possibility of observing the decoherence of such quantum superpositions. Here we present measurements of the decoherence of superposed motional states of a single trapped atom. Decoherence is induced by coupling the atom to engineered reservoirs, in which the coupling and state of the environment are controllable. We perform three experiments, finding that the decoherence rate scales with the square of a quantity describing the amplitude of the superposition state.     

Electronic read-out of a single nuclear spin using a molecular spin transistor

Quantum control of individual spins in condensed-matter devices is an emerging field with a wide range of applications, from nanospintronics to quantum computing. The electron, possessing spin and orbital degrees of freedom, is conventionally used as the carrier of quantum information in proposed devices. However, electrons couple strongly to the environment, and so have very short relaxation and coherence times. It is therefore extremely difficult to achieve quantum coherence and stable entanglement of electron spins. Alternative concepts propose nuclear spins as the building blocks for quantum computing, because such spins are extremely well isolated from the environment and less prone to decoherence. However, weak coupling comes at a price: it remains challenging to address and manipulate individual nuclear spins. Here we show that the nuclear spin of an individual metal atom embedded in a single-molecule magnet can be read out electronically. The observed long lifetimes (tens of seconds) and relaxation characteristics of nuclear spin at the single-atom scale open the way to a completely new world of devices in which quantum logic may be implemented.     

基于弱测量和量子反弱测量的三能级量子系统稳定研究

利用弱测量和量子反弱测量方法研究了一个V-型三能级量子系统处在振幅耗散退相干环境作用下的问题.得到了相应的最优化条件、保真度以及成功率解析表达式.通过数值模拟,发现到当弱测量和量子反弱测量强度在满足一定条件下,该退相干的三能级量子系统能有效稳定.     

利用压缩光场控制量子动力学模型的退相干

本文利用压缩算符的性质及相干态的性质,推导了一个量子动力学模型的退相干因子,并且实现了宏观极限下的退相干,随后,我们发现这种系统仪器的耦合对退相干有显剧的影响.     

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.