多相干態(tài)疊加的非經(jīng)典效應(yīng)及其制備與退相干.pdf

1、近年來，光場非經(jīng)典量子態(tài)研究重新吸引了許多研究者的注意，因為他們所發(fā)揮的作用遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了傳統(tǒng)量子光學(xué)范疇，在當(dāng)前最引人注目的研究領(lǐng)域，如原子和分子的激光脈沖，玻色―愛因斯坦凝聚和原子激光，以及量子信息理論中，都起到了非常重要的作用。已經(jīng)證明量子保密通信和量子計算與光場量子態(tài)的非經(jīng)典效應(yīng)及量子態(tài)制備密切相關(guān)。在量子密鑰的生成與分發(fā)過程中，單光子編碼實驗需要能夠發(fā)射呈現(xiàn)反群聚效應(yīng)的性能良好的單光子源；量子態(tài)的壓縮特性能夠使量子噪聲低于標(biāo)準(zhǔn)的量

2、子漲落極限，有利于提高對微弱信號探測的信噪比。量子態(tài)所對應(yīng)的Wigner函數(shù)與量子態(tài)的密度矩陣或波函數(shù)一樣包含量子態(tài)的概率分布、相位等信息，因此計算量子態(tài)的Wigner函數(shù)是獲得量子態(tài)演化信息的重要方法。此外，非經(jīng)典光場是產(chǎn)生量子糾纏的一個重要前提，從而可以利用量子光學(xué)系統(tǒng)實現(xiàn)量子信息處理。
　　基于光場量子態(tài)非經(jīng)典效應(yīng)在諸多研究領(lǐng)域的重要應(yīng)用，本論文由量子力學(xué)的態(tài)疊加原理出發(fā)，通過光場的多相干態(tài)疊加，構(gòu)造了新的非經(jīng)典量子態(tài)，并對

3、其各種非經(jīng)典特性、量子態(tài)的制備及退相干進(jìn)行了系統(tǒng)研究。本文的主要研究工作概括如下：
　　研究了真空態(tài)在非經(jīng)典態(tài)統(tǒng)計上的作用。通過在具有π/2相移的兩個相干疊加態(tài)上增減真空態(tài)，構(gòu)造了新的疊加態(tài)。研究了其非經(jīng)典特性，如光子數(shù)分布、正交壓縮、亞泊松光子統(tǒng)計、Wigner分布函數(shù)的負(fù)值性和相位概率分布。結(jié)果表明，基于不同真空態(tài)系數(shù)，振幅α值和相對相位φ，可以產(chǎn)生各種能夠改善信息傳輸?shù)慕?jīng)典態(tài)和非經(jīng)典態(tài)，所構(gòu)造的新疊加態(tài)清楚地展現(xiàn)出與通常兩個

4、相干態(tài)疊加截然不同的量子干涉特征。選擇適當(dāng)?shù)恼婵諔B(tài)疊加系數(shù)，可以找到具有最大壓縮度的非經(jīng)典態(tài)和最量子干涉的疊加態(tài)。
　　橢圓態(tài)的構(gòu)造及其制備。由圓態(tài)的強(qiáng)非經(jīng)典特性出發(fā)，構(gòu)造了橢圓態(tài)，它是N個振幅呈橢圓變化的相干態(tài)平均分布在相空間的疊加。通過研究橢圓態(tài)光子數(shù)分布，亞泊松光子統(tǒng)計，正交壓縮和Wigner函數(shù)等非經(jīng)典特性發(fā)現(xiàn)，構(gòu)造的新態(tài)呈現(xiàn)亞泊松光子分布，無窮正交壓縮，相干態(tài)之間的干涉條紋在Wigner函數(shù)繪景中構(gòu)成Fock態(tài)的橢圓環(huán)。

5、基于囚禁離子質(zhì)心運(yùn)動，通過演化算符的幺正演化和將離子態(tài)矢注入到上電子態(tài)上，并對上電子態(tài)進(jìn)行測量，提出了產(chǎn)生等間距相干態(tài)橢圓疊加的實驗方案。
　　研究了奇偶橢圓態(tài)的Pegg-Barnett相位特性和量子脫散。借助于Pegg-Barnett厄密相位算符理論和數(shù)值計算方法，研究了薛定諤貓態(tài)的相位概率分布，分析了相位方差、數(shù)算符和相位算符的壓縮特性。結(jié)果表明，隨著疊加態(tài)中相干態(tài)數(shù)量的增加，Pegg-Barnett相位概率分布對各成分之間的

6、量子干涉越來越敏感；在一定取值范圍內(nèi)，各個參數(shù)在數(shù)算符和相位算符分量上均存在壓縮效應(yīng)；隨平均光子數(shù)的增加，相位不確定性更?。粰E圓態(tài)的相位分布不再像圓態(tài)一樣歸一；橢圓態(tài)在長半軸方向脫散最慢，也就是這個方向的干涉更容易觀察到。
　　非線性橢圓態(tài)構(gòu)造。構(gòu)造了奇偶非線性圓態(tài)和非線性橢圓態(tài)，研究了在非線性函數(shù)f=√n時的非經(jīng)典特性。結(jié)果表明它們均呈現(xiàn)振蕩的光子數(shù)分布和Winger分布的負(fù)值。同時比較分析了對非線性圓態(tài)和非線性橢圓態(tài)的干涉效應(yīng)