零差检测量子反馈下的相位估计

考虑零差检测量子反馈下的单模腔场与二能级原子相互作用系统，研究反馈控制和初始状态对量子相位参数估计的影响。结果表明：无反馈时，量子费希尔信息随时间很快衰减。然而，在初始参数θ和φ均取π/2时，反馈参数λ=±0.5左右量子费希尔信息达到最大值，该结果表明只要参数选择合适，零差检测量子反馈可以使得量子费希尔信息的衰减有效延缓，二能级原子相位估计精度的上限提高。此外原子初始状态的权重参数和相对相位对量子费希尔信息的演化也有很大影响。     

基于量子Fisher信息的耗散相互作用光-物质耦合常数的估计

量子参数估计在量子度量学中有着重要的应用,量子Cramer-Rao下界表明量子参数估计精度极限与量子Fisher信息是直接相关的.本文利用量子参数估计理论对光场与原子失谐很大(大失谐)的Jaynes-Cummings模型耦合常数进行估计.制备探测初态为Qubit系统与光场的直积态,光场分别为Fock态、热态和相干态,分别计算了这三种探测态经大失谐Jaynes-Cummings模型哈密顿量演化后复合系统以及Qubit和光场系统的量子Fisher信息.通过分析发现,复合系统的量子Fisher信息随平均光子数单调递增,Qubit基态与激发态的等权叠加态为最优探测态,此时量子Fisher信息达到最大值;当探测态的光场为Fock态和热态时,关于被估计参数的信息都包含于Qubit系统;对于大失谐Jaynes-Cummings模型耦合常数的估计,光场为热态或相干态时耦合常数的估计精度高于光场为Fock态时的精度.     

多量子比特WV纠缠态在Lipkin-Meshkov-Glick模型下的量子Fisher信息

量子Fisher信息在参数估计理论和量子精密测量领域扮演着非常重要的角色,不仅可以用来标定量子系统的测量精度极限,还可用于有益量子计量的纠缠态判定.本文从量子测量的角度出发,对多比特WV态(α|W_N>+(1-α²)^1/2|00...0>)进行研究,通过计算其在局域操作下和Lipkin-Meshkov-Glick (LMG)非局域操作模型下的量子Fisher信息,分析其在精密测量方面的表现.研究发现:在局域操作下,随着参数α由0到1的变化,多比特WV态的量子Fisher信息逐渐变大,表明其量子纠缠程度在不断增加,也体现出更强的量子测量能力.在LMG非局域操作下,随着相互作用强度γ的增大,N=3量子比特WV态的量子Fisher信息值趋于稳定,几乎不受参数α的影响,而当体系量子比特数N> 3时,量子Fisher信息值会随参数α的变大而变大;当参数α固定时,多比特WV态的量子Fisher信息会随着相互作用强度γ的增强而变大,呈现出相互作用强度越大,WV态的量子测量能力越强.     

光子增加双模压缩真空态在马赫-曾德尔干涉仪相位测量中的应用

量子度量学主要是利用量子效应来提高参数估计的精度,以期突破标准量子极限,甚至达到海森伯极限.本文研究了一般光子增加双模压缩真空态作为马赫-曾德尔干涉仪的探测态时,在何种情况下能够提高待测相位的测量精度.根据量子Fisher信息理论,尽管在探测态具有相同的平均光子数这一约束条件下,对称的和非对称的光子增加操作并不能提高相位的测量精度.但若是在给定初始压缩参数的情况下,对称的和非对称的光子增加操作却能够增强相位的测量精度.另外,基于宇称测量的研究结果表明,对于对称光子增加双模压缩真空态,只有当待测相位趋于零时,宇称测量才是最优测量.而对于非对称光子增加双模压缩真空态,宇称测量并不是最优测量方案.     

纠缠态原子与压缩真空场Raman 相互作用的量子信息保真度

利用全量子理论和数值计算方法研究了两个全同的纠缠二能级原子与压缩真空场Raman相互作用的量子信息保真度.结果表明,系统、原子和场的保真度随初始光场的压缩参数的增加而急剧减小,且与两原子体系的纠缠度和原子间偶极-偶极相互作用强度相关联.     

耗散腔中两二能级原子态的自旋压缩,量子Fisher信息和最大自旋涨落

在能量耗散腔中,原子用泡利算符描述,光场用相干态描述,运用密度矩阵理论,得到了两二能级原子密度矩阵元的演化规律,分析了与单模辐射场作用过程中原子态的自旋压缩、量子Fisher信息和最大自旋涨落.结果表明:自旋压缩,大于 的最大自旋涨落可以作为量子纠缠的充分必要判据.自旋压缩, 大于 的最大自旋涨落和量子纠缠,它们互相等价.大于1的Fisher信息与它们之间没有等价关系,但可以作为自旋压缩和量子纠缠的充分判据.     

耗散腔中两二能级原子态的自旋压缩量子Fisher信息和最大自旋涨落

在能量耗散腔中,原子用泡利算符描述,光场用相干态描述,运用密度矩阵理论,得到了两二能级原子密度矩阵元的演化规律,分析了与单模辐射场作用过程中原子态的自旋压缩、量子Fisher信息和最大自旋涨落.结果表明:自旋压缩,大于1/2的最大自旋涨落可以作为量子纠缠的充分必要判据.自旋压缩,大于1/2的最大自旋涨落和量子纠缠,它们互相等价.大于1的Fisher信息与它们之间没有等价关系,但可以作为自旋压缩和量子纠缠的充分判据.     

基于量子Fisher信息的纠缠判据

对于几类常见的量子态,对自旋压缩和量子Fisher信息进行了比较研究.得到量子Fisher信息的表达式,以Fisher信息为基础,给出了量子纠缠的判据,结果表明;比较于自旋压缩,该判据有明显的优势.(1).对于两个Qubit的对称态,该判据与自旋压缩,concurrence完全等价;(2).对于两个Qubit的非对称态的纠缠,自旋压缩不能检验其纠缠,但对于部分态,该判据也能检验;(3).对于Dicke态,自旋压缩不能检验其纠缠,但该判据能检验且完全等价于concurrence.     

基于量子费希尔信息的纠缠判据

对于几类常见的量子态, 对自旋压缩和量子Fisher信息进行了比较研究.得到量子Fisher信息的表达式,以Fisher信息为基础,给出了量子纠缠的判据,结果表明:比较于自旋压缩,该判据有明显的优势.(1).对于两个Qubit的对称态,该判据与自旋压缩,concurrence完全等价;(2).对于两个Qubit的非对称态的纠缠,自旋压缩不能检验其纠缠,但对于部分态,该判据也能检验;(3).对于Dicke态, 自旋压缩不能检验其纠缠,但该判据能检验且完全等价于concurrence.     

基于量子费希尔信息的纠缠判据

对于几类常见的量子态, 对自旋压缩和量子Fisher信息进行了比较研究.得到量子Fisher信息的表达式,以Fisher信息为基础,给出了量子纠缠的判据,结果表明:比较于自旋压缩,该判据有明显的优势.(1).对于两个Qubit的对称态,该判据与自旋压缩,concurrence完全等价;(2).对于两个Qubit的非对称态的纠缠,自旋压缩不能检验其纠缠,但对于部分态,该判据也能检验;(3).对于Dicke态, 自旋压缩不能检验其纠缠,但该判据能检验且完全等价于concurrence.     

噪声对一种三粒子量子探针态的影响

量子度量学是研究量子测量与统计推断的一门学科,主要利用量子手段来提高参数估计的精度,在量子信息处理与测量中起到关键作用.量子参数估计的一般过程包含四个步骤:探针态的制备、参数化过程、对参数化后的输出态进行测量以及根据测量结果估计待测参数.其中探针态的选取对测量精度起着至关重要的作用.然而在实际的量子探针态的制备过程中,初始探针态会受到环境噪声的影响.目前人们已经研究了W态与Greenberger-Horne-Zeilinger(GHZ)态的量子Fisher信息(QFI)在典型噪声通道下的变化行为.由于W态与GHZ态有着不同的纠缠性质,对于W态与GHZ态的叠加态的QFI动力学研究具有重要的实际意义.故此,本文主要研究典型噪声通道对这两种状态的叠加态的QFI动力学行为的影响,得出了QFI随噪声参数的变化行为.结果表明,叠加态中W态组分可明显对抗相位阻尼噪声对探针态的QFI的影响,而其中的GHZ态组分可明显对抗振幅阻尼噪声的影响,从而为在实际环境中选取高精度的参数估计过程提供参考.     

基于级联光参量放大器的碱金属原子跃迁线波段压缩光源分析

碱金属原子跃迁线波段压缩态光场是量子信息以及精密测量领域的重要量子资源.碱金属原子跃迁线波长短(760—860 nm),受限于非线性晶体的灰迹效应,光参量放大器制备的此波段压缩态光场的压缩度有限,目前典型值约3—5 dB.本文在光参量放大器的理论模型基础上,结合原子跃迁线波段压缩态光场实验制备面临的问题,研究光参量放大器输出光场量子噪声随其物理参数的变化规律,获得最优的物理参数.构建了级联光参量放大器的理论模型,以此为基础分别在分析频率2 MHz和100 kHz,研究了级联环路光学损耗以及相位噪声对级联系统输出量子噪声特性的影响.研究发现,对于兆赫兹波段的压缩,在低的光路损耗以及位相噪声前提下,级联2—3个光参量放大器可实现压缩的显著提升;对于低频段压缩,级联系统对压缩的增强较小.在目前的实验参数条件下,进一步探究了级联系统输出压缩态光场的量子极限以及频谱特性.本研究可为原子跃迁线波段压缩态光场压缩度的提升提供参考和指导.     

光与物质相互作用系统中的量子Fisher信息和自旋压缩

Fisher信息是估计理论中的重要概念,最近发现与量子信息中的纠缠判据具有密切联系.非旋波近似条件下,Dicke模型经典相空间表现为混沌动力学特征.本文详细考察了Dicke模型描述的光与物质相互作用系统中量子Fisher信息和自旋压缩动力学特性.结果表明:在短时瞬态情况下,无论初态处于规则区域还是混沌区域系统均表现为纠缠性质;但在长时稳态情况下,初态处于规则区域时系统纠缠消失,而初态处于混沌区域时系统则一直存在纠缠.通过与系统自旋压缩动力学性质相比较,发现量子Fisher信息可以更有效地刻画量子混沌.进一步考察初态处于规则和混沌区域时系统密度矩阵和纯度的动力学演化特性,发现混沌导致系统退相干现象发生,说明量子Fisher信息对混沌更敏感.     

捕陷原子在大失谐双色场中的量子崩塌-回复特性

分析了捕陷的二能级原子在大失谐条件下与驻波光场和行波光场共同作用时的动力学.原子的量子平均能量随时间的变化呈现崩塌-回复的特征,表明这个系统的振动态具有压缩效应.系统的非线性(参数μ)越大,崩塌-回复的频率越大,离子的量子平均能量越小.随着行波场强的增大,冷却原子的振动态压缩效应愈显著. 关键词：     

相干态和压缩真空态的自适应最优估计方法

针对文献[物理学报65 054203]中量子零拍探测技术测量的输出相位精度与相位自身相关,且对本振光、压缩真空光和相干光的相位有严格要求,在理论上设计了一种相干态和压缩真空态的自适应最优估计方法.首先以纯态的方法推导得到相干态和压缩真空态的量子费舍尔信息,sinh~2r+|α|~2e~(2r).设计了一组能使估计误差达到量子Cramer-Rao下界的最优半正定算子值测量算子,但该测量算子需要精确已知所要估计的相位参数.为此,引入了一种自适应估计方法,通过不断更新测量算子和概率函数,利用最大似然估计器逐渐得到相位参数.经理论证明,该方法能以概率1收敛于相位真值,且能达到量子Cramer-Rao下界.     

增光子奇偶相干态的相位特性

借助于Pegg-Barnett相位算符理论和数值计算方法,研究了增光子奇偶相干态的相位概率分布,在此基础之上,讨论了有关数算符和相位算符的压缩特性。结果表明,增光子奇偶相干态的相位概率分布与通常的奇偶相干态、非线性相干态不同,在这种新的奇偶相干态中,其Pegg-Barnett相位概率分布能明显地反映出不同的量子相位信息和干涉特性。同时发现,在参量α的某些不同的取值范围内,增光子奇偶相干态在数算符和相位算符分量上均存在压缩效应。     

利用量子相干性判定开放二能级系统中非马尔可夫性

从量子相干性包括l₁ norm相干性和量子相对熵相干性的角度建立了判定开放量子系统中非马尔可夫过程的方法, 并给出了相应的判别条件. 作为它们的具体应用, 研究了一个两能级系统分别经历相位衰减通道、 随机幺正通道和振幅耗散通道作用时对应的非马尔可夫过程发生必须满足的条件. 对于三种通道模型, 得到了l₁ norm相干性对系统任意态非马尔可夫过程发生的判别条件, 并发现在相位衰减通道和振幅耗散通道中其非马尔可夫过程发生 的条件与用其他方式如信息回流、可分性和量子互熵给出的条件是相同的, 而在随机幺正通道中给出了一个新的且不完全等价于基于信息回流和可分性对应的条件. 至于量子相对熵相干性, 在相位衰减通道中得到了对系统任意态的非马尔可夫过程发生的具体条件, 并发现该条件也等同于基于信息回流、可分性和量子互熵给出的条件. 而在随机幺正通道和振幅耗散通道中得到了系统最大相干态对应的非马尔可夫过程发生的条件.     

双模压缩真空场作用下二能级原子的偶极压缩与相干俘获

运用全量子理论研究了双模压缩真空场与二能级原子双光子作用过程中原子的量子行为,论证了原子发生相干俘获的条件,讨论了压缩参数对原子偶极压缩的影响. 关键词：     

虚光场对双模压缩真空场中原子量子特性的影响

应用全量子理论,研究了非旋波近似下与双模压缩真空场相互作用的二能级原子算符的时间演化规律和偶极压缩性质,数值计算结果表明,虚光场效应主要表现为物理过程中的量子噪声,这种量子噪声的大小与光场的初始压缩参量和原子的初始状态以及系统的耦合强度等因素密切相关. 关键词： 虚光场 双模压缩真空场 二能级原子 粒子数布居 原子偶极压缩     

量子隐形传态的新方案

提出一个量子隐形传态的新方案. 通过对一对压缩参数相同但相互独立的双模压缩真空态(1-2和3-4量子态系统)中的2-3系统施行粒子数-相位的联合测量,制备出另外两体系统(1-4系统)的纠缠态作为纠缠源,从而实现量子隐形传态. 关键词： 量子隐形传态 双模压缩真空态 纠缠态 粒子数-相位测量