多色電磁感應(yīng)透明與量子糾纏態(tài)的制備.pdf

1、原子相干與量子干涉效應(yīng)是激光物理和量子光學(xué)領(lǐng)域的重要前沿研究課題之一。電磁感應(yīng)透明是利用原子相干與量子干涉效應(yīng)消去介質(zhì)對(duì)光的吸收的現(xiàn)象。理論和實(shí)驗(yàn)工作都表明電磁感應(yīng)透明現(xiàn)象可以用來(lái)減慢光的群速度甚至使光束完全停下來(lái)。在這種原子介質(zhì)中光子間的相互作用的強(qiáng)度可以比普通介質(zhì)中的要強(qiáng)幾個(gè)數(shù)量級(jí).因此，電磁感應(yīng)透明現(xiàn)象在慢光、弱光強(qiáng)下的非線性和量子信息中的光存儲(chǔ)和釋放過(guò)程中有著重要的作用。量子糾纏反映的是兩個(gè)或多個(gè)量子系統(tǒng)之間所存在的非局域的量子

2、關(guān)聯(lián)。量子糾纏涉及實(shí)在性、定域性、隱變量以及測(cè)量理論等量子力學(xué)的基本問(wèn)題，并在量子計(jì)算和量子信息的研究中起著重要的作用。對(duì)于糾纏態(tài)性質(zhì)的研究可以用于驗(yàn)證量子力學(xué)的基本原理，而糾纏態(tài)本身是量子信息處理的基本資源，因此如何制備糾纏態(tài)受到人們的廣泛關(guān)注。另外，由于系統(tǒng)與周?chē)沫h(huán)境的相互作用而導(dǎo)致的退相干的影響，使得所制備的糾纏態(tài)十分脆弱而難以長(zhǎng)時(shí)間保存。因此，基于現(xiàn)有的實(shí)驗(yàn)條件和技術(shù)，如何制備出抗環(huán)境干擾能力強(qiáng)、穩(wěn)定的、高糾纏度的糾纏源是人們

3、感興趣的問(wèn)題。本文在多色場(chǎng)驅(qū)動(dòng)的電磁感應(yīng)透明和量子糾纏態(tài)的制備方面做了有益的探索。論文的主要?jiǎng)?chuàng)新性結(jié)果如下： 1.關(guān)于多色電磁感應(yīng)透明方面的工作： 多色電磁感應(yīng)透明方面的第一個(gè)工作，我們研究了三色場(chǎng)驅(qū)動(dòng)的三能級(jí)A型原子系統(tǒng)對(duì)單色弱探測(cè)場(chǎng)的吸收和色散，考察了吸收和色散譜對(duì)驅(qū)動(dòng)場(chǎng)的振幅和相位的依賴(lài)性。我們采用數(shù)值方法計(jì)算吸收和色散譜。除了能夠獲得多電磁感應(yīng)透明外，吸收和色散譜還有兩個(gè)主要特征。第一，通過(guò)調(diào)節(jié)驅(qū)動(dòng)場(chǎng)的振幅或者相

4、位，在與探測(cè)場(chǎng)頻率共振的頻率處是電磁感應(yīng)透明還是吸收是可以控制的。第二，只要我們固定驅(qū)動(dòng)場(chǎng)的兩個(gè)邊頻部分相對(duì)于中心頻率部分的相對(duì)相位的和而改變兩個(gè)相對(duì)相位各自的值，吸收和色散譜保持不變。 多色電磁感應(yīng)透明方面的第二個(gè)工作，我們研究了由一對(duì)等頻率差的雙色場(chǎng)驅(qū)動(dòng)的三能級(jí)級(jí)聯(lián)型原子系統(tǒng)中的雙光子吸收現(xiàn)象。在我們的計(jì)算中，一個(gè)雙色場(chǎng)的高頻部分的頻率和另一個(gè)雙色場(chǎng)的低頻部分的頻率滿(mǎn)足雙光子共振條件。我們采用諧振展開(kāi)和逆矩陣方法計(jì)算雙光子躍

5、遷幾率。主要結(jié)果如下：當(dāng)滿(mǎn)足雙光子共振的兩對(duì)場(chǎng)的相對(duì)相位的和相等時(shí)，雙光子吸收被顯著地抑制原子系統(tǒng)對(duì)雙光子吸收透明。產(chǎn)生雙光子透明的物理機(jī)制是：由于動(dòng)態(tài)斯塔克分裂，由兩對(duì)滿(mǎn)足雙光子共振的場(chǎng)所引起的雙光子躍遷所經(jīng)歷的兩個(gè)不同的修飾態(tài)之間相差相位π。因此，兩個(gè)雙光子躍遷通道問(wèn)的相消干涉導(dǎo)致了雙光子吸收的抑制。 2.關(guān)于量子糾纏態(tài)制備方面的工作： 量子糾纏態(tài)制備方面的第一個(gè)工作，我們分析了有傳統(tǒng)非相干泵浦的量子拍激光和有相干場(chǎng)

6、驅(qū)動(dòng)的量子拍激光，發(fā)現(xiàn)在這兩種激光系統(tǒng)中都可以產(chǎn)生工作在遠(yuǎn)高于閾值以上的糾纏的亞泊松光。在數(shù)值計(jì)算和結(jié)果分析時(shí)，我們采用了組合模方法引入了兩個(gè)激光模的和模和差模。對(duì)有傳統(tǒng)非相干泵浦的量子拍激光和有相干場(chǎng)驅(qū)動(dòng)的量子拍激光，差模都是從相互作用中退耦合并且處在各自的真空態(tài)，而和模則是工作在遠(yuǎn)高于閾值以上并具有亞泊松光子統(tǒng)計(jì)。量子拍激光與和模強(qiáng)度的噪聲抑制的聯(lián)合導(dǎo)致了兩束亮光間的糾纏和各個(gè)光束的亞泊松光子統(tǒng)計(jì)。 量子糾纏態(tài)制備方面的第二

7、個(gè)工作，我們提出了在腔電動(dòng)力學(xué)中利用暗態(tài)絕熱演化方法制備一個(gè)兩原子糾纏態(tài)和一個(gè)N原子W態(tài)的方案。這個(gè)方案的第一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是完成這個(gè)方案的時(shí)間不需要精確地控制。這個(gè)方案的第二個(gè)優(yōu)點(diǎn)是來(lái)源于腔衰減這部分的退相干可以被抑制掉，因?yàn)樵谡麄€(gè)實(shí)施絕熱演化和控制原子-腔相互作用的過(guò)程中腔模總是沒(méi)有被激發(fā)的。 量子糾纏態(tài)制備方面的第三個(gè)工作，我們提出了一個(gè)腔電動(dòng)力學(xué)中的基于拉曼相互作用的利用糾纏交換實(shí)現(xiàn)的未知原子糾纏態(tài)的糾纏濃縮方案。在這個(gè)方案中我