原子相干和集合耗散效应的研究

论文摘要

压缩是量子光学最突出的特征之一,被广泛的应用于高精度测量和量子通信。压缩指的是算符的量子噪声可以在其中一个正交方向上减小而在另一个正交方向上量子噪声会被相应的放大。压缩中特别重要的是双模压缩,它与连续变量纠缠密切相关。当压缩参数足够大时,人们就可以获得Einstein-Podolsky-Rosen（EPR）纠缠。人们经常利用原子-场系统来获得参数相互作用,进而获得双模压缩。一般情况下,共振或者接近共振时,原子被激发,自发辐射会破坏耦合场可能的压缩。为了克服自发辐射,不得不选择远离共振的区域。当系统远离共振时,原子几乎不被激发,几乎没有自发辐射,色散相互作用大于吸收相互作用。在这种情况下,参量下转换相互作用强度将是很小的。当它们比腔衰减率小很多时,输出场中将没有压缩存在。为了能获得好的压缩,需要有较大的参量下转换相互作用强度。另外,通常利用系统的相干演化来制备压缩态和纠缠态。在大多数情况下,环境诱导的耗散将会使得量子相干迅速衰减,压缩和纠缠将很快消失,所以环境引起的耗散通常被认为是量子系统的死敌。然而,最近人们发现可以利用耗散动力学来制备量子系统的非经典态,耗散驱动的量子态工程在实验和理论上都引起了人们的广泛关注。我们注意到,在利用库工程制备双模压缩和纠缠的方案中,压缩参数和库诱导的耗散率这两个因素组合决定双模量子关联。然而,它们以截然不同的方式依赖于原子-场非线性。这样的情况下,库工程中获得量子关联的最佳条件并不清楚。论文的创新工作包括以下几个方面:一、通过相干布居捕获得到有效可调谐的双模场压缩算符和四模场压缩算符。两个相干场与Λ型三能级原子耦合,两个场将开启两个相干布居捕获（CPT）窗。在CPT窗内,原子主要处于两个基态的叠加态（暗态）,对缀饰场本身和其它应用场产生很强的非线性。在同一个CPT窗内,我们分离出了与原子自由度退耦合的双模压缩算符。在不同的CPT窗内,我们分离出了多模压缩算符。与远离共振的色散方案相比,我们的近共振方案中的双模和多模相互作用强度至少被提高了一个数量级。由于原子几乎被捕获在长寿命的叠加态,所以这个近共振方案对自发辐射是稳定的。二、优化库工程中获得强的量子关联的条件。在制备双模压缩和纠缠的库工程中,压缩参数决定Bogoliubov模相互作用,耗散率决定Boboliubov模的耗散,它们共同决定双模量子关联。由于它们对原子-场非线性的依赖是相反的,所以它们对量子关联的影响是相互矛盾的。我们以两个二能级原子系综为例,检验了原子-场非线性对压缩参数和人工库耗散率的影响。结果表明,中等强度的非线性可以平衡压缩参数和耗散率两个因素,能显著增强不同原子系综或不同光场的双模压缩和纠缠。计算过程中未进行绝热消除,所以该结果对任意的原子衰减率和腔场衰减率都成立。

论文目录

文章来源

类型: 博士论文

作者: 胡庆平

导师: 胡响明

关键词: 原子腔系统,缀饰态,原子相干效应,相干布居捕获,四波混频,人工库耗散,双模压缩算符,多模压缩算符,压缩态,纠缠态

来源: 华中师范大学

年度: 2019

分类: 基础科学

专业: 物理学,物理学

单位: 华中师范大学

分类号: O431.2;O562

总页数: 107

文件大小: 4887K

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