驻波激光场中囚禁离子的线性熵和量子态转移研究

运用量子纠缠和线性熵理论,研究了驻波激光场中囚禁离子的线性熵和量子态转移。讨论了相干角、离子的相对位相、离子与驻波激光场之间的耦合强度以及失谐量、Lamb-Dicke参数对离子线性熵的影响。结果表明,在一定的条件下可以实现囚禁离子的内态到振动态的相干转移,线性熵随时间的演化呈现非周期性的振荡行为。离子线性熵的最大值随着相干角、离子与激光场之间的耦合强度以及失谐量的增大而减小,随着Lamb-Dicke参数的增大而增大。并且可以通过调节驻波激光场来调节离子与驻波激光场之间的耦合强度和失谐量,从而达到对离子线性熵的控制与操纵,理论上提供了一种调控纠缠的方式。     

囚禁离子非线性Jaynes-Cummings模型量子场熵演化特性

利用VonNeuuman量子约化熵理论研究了驻波激光场与囚禁在谐振势中的离子单量子共振相互作用系统中量子场熵的时间演化特性,通过数值计算详细讨论了Lamb-Dick参数、离子质心在驻波激光场中的位置以及囚禁离子初始状态对量子场熵演化特性的影响.结果表明:Lamb-Dick参数影响囚禁离子与驻波激光场之间量子纠缠的频率和幅度,其值越大离子与光场之间的平均纠缠程度越低;随着离子质心从驻波激光场的波节向波腹移动,二者之间量子纠缠的振荡频率逐渐变慢,纠缠强度逐渐减弱;随着囚禁离子处于激发态概率的减小,离子与光场之间的量子纠缠呈现先增强后减弱的变化趋势.这些特性对于纠缠态的制备以及利用囚禁离子进行量子通讯等信息处理过程有一定的参考价值.     

驻波激光场中囚禁离子内外自由度的周期纠缠

在Lamb-Dicke极限下,利用幺正变换,将处于驻波激光场中任意位置的囚禁离子哈密顿量变换为离子裸态基中的Jaynes-Commings模型哈密顿量,研究了其内外自由度的量子熵和纠缠.结果表明,在非共振条件下,囚禁离子系统内外自由度之间存在周期纠缠 关键词： 驻波激光场 囚禁离子 内外自由度 周期纠缠     

驻波激光场中囚禁离子内外自由度熵的演化特性

从描述囚禁离子与驻波激光场相互作用的Jaynes-Cummings（J-C）模型出发,导出了囚禁离子谐振动单量子共振激发相互作用的非线性J-C模型。通过求解这一模型下系统态和离子系统熵的演化规律,数值研究了囚禁离子的熵演化与Lamb-Dick参数  、离子在驻波激光场中的位置以及初始声子强度之间的关系。结果表明,离子熵的演化呈现非周期性的振荡。随着参数  的增大,囚禁离子熵演化的振荡频率变大,囚禁离子内外自由度退纠缠的时间变短。当离子质心的位置从驻波激光场的波节移向波腹,囚禁离子熵演化的振荡频率变小,离子与声子自由度退纠缠的时间变长。如果初始声子场强度较小,离子熵随时间的演化强烈地表现为不规则的振荡,且振荡频率较大;随着初始声子场强度变大,离子熵的演化类似于J-C模型中的场熵演化,不规则的振荡频率逐渐变小。     

囚禁离子非线性Rabi模型量子场熵演化特性

本文研究了基于单个囚禁离子与两束激光场相互作用的非线性Rabi模型中的纠缠动力学.利用Von-Neumann熵来表征纠缠度.通过数值模拟,详细讨论了Lamb-Dicke参数对量子场熵的影响.在单光子非线性Rabi模型中,随着Lamb-Dicke参数和初始平均光子数的增加,场熵的平均值并不单调增加.在双光子非线性Rabi模型中,场熵的时间演化是周期性振荡的.随着Lamb-Dicke参数的增加,场熵的周期振荡逐渐消失.对于较小的Lamb-Dicke参数,纠缠和退纠缠周期性地出现.     

压缩相干态光场与Λ型三能级原子相互作用的纠缠特性

利用量子熵理论,研究了压缩相干态光场与Λ型三能级原子的量子纠缠随时间的演化特性.结果表明:光场与原子纠缠度依赖于初态原子能级叠加系数、光场压缩参量、相干态振幅参量及失谐量与耦合系数之比.当光场压缩参量增大时,光场与原子的最大纠缠度增大;若场失谐量与耦合系数之比增大,光场与原子纠缠则呈现周期性演化,系统呈现接近退纠缠;若场失谐量与耦合系数之比增大,光场与原子纠缠呈现周期性,场失谐量与耦合系数的比值足够大时,在一定时刻系统可处于稳定的最大纠缠态,且系统演化呈现周期性.     

压缩相干态光场与Λ型三能级原子相互作用的纠缠特性

利用量子熵理论,研究了压缩相干态光场与Λ型三能级原子的量子纠缠随时间的演化特性.结果表明：光场与原子纠缠度依赖于初态原子能级叠加系数、光场压缩参量、相干态振幅参量及失谐量与耦合系数之比.当光场压缩参量增大时,光场与原子的最大纠缠度增大;若场失谐量与耦合系数之比增大,光场与原子纠缠则呈现周期性演化,系统呈现接近退纠缠;若场失谐量与耦合系数之比增大,光场与原子纠缠呈现周期性,场失谐量与耦合系数的比值足够大时,在一定时刻系统可处于稳定的最大纠缠态,且系统演化呈现周期性.     

精确求解级联型三能级原子与单模相干态光场场熵的演化特性

本文利用全量子理论,在非旋波近似下对单模相干态光场与级联型三能级原子相互作用过程中场熵随时间的演化进行了精确求解.数值计算的结果表明：随着初始时刻平均光子数n以及光场与原子的耦合强度u, v的增大,场熵的平均值先增大后减小,因此纠缠度也同样先增大后减小;随着失谐量Δ的增大,场熵的平均值逐渐减小,因此纠缠度也逐渐减小. 关键词： 相干态正交化展开 非旋波近似 场熵     

Kerr介质中V型三能级原子与双模奇偶纠缠相干光场相互作用的纠缠特性

运用量子约化熵研究了Kerr介质中V型三能级原子与双模奇偶纠缠相干光场相互作用系统中场熵的演化特性.分析了Kerr介质、失谐量和光场的初始平均光子数对场熵的影响.结果表明:Kerr介质与光场的耦合系数对场熵的振荡特性有调制作用,增大失谐量,场熵的最大值减小,振荡频率增大,由初始时刻的零值增大到最大值所需的时间也增大;光场的平均光子数太大或太小都不利于原子与光场之间的纠缠.     

行波激光场中囚禁离子的布居反转

研究了以波激光场中单个囚禁离子布居反转的动力学特性，分别讨论了失谐参数、质心振动声子场的初始值以及Lamb-Dicke参数对离子布居反转的崩塌和回复现象的影响。     

非线性增光子热态的非经典特性

本文从描述驻波激光场与囚禁离子相互作用的非线性Jaynes-Cummings模型出发,引入一种新的量子态,即非线性增光子热态.采用理论分析和数值计算相结合的方法,研究了Lamb-Dicke参数,温度和激光场的初相位等参数对这种量子态的非经典效应的影响.结果表明:非线性增光子热态的Mandel Q因子随温度的变化存在一个极小值.Lamb-Dicke参数越大,非线性增光子热态的非经典效应就越强.此外驻波场的初相位也对该态的非经典效应有明显的影响.     

囚禁离子非线性J-C模型量子态保真度

用全量子理论研究驻波激光场与囚禁离子相互作用系统中量子态保真度,详细讨论离子质心在驻波激光场中位置及离子初始状态对保真度的影响.结果表明:随着囚禁离子从远离驻波激光场波节处向波节处移动,量子态保真度振荡频率越来越高,振荡幅度几乎不变,且保真度到达第一个极小值所用时间越来越短,但不会出现信息完全失真;随着囚禁离子处于基态概率增加,量子态保真度振荡频率几乎不变,振荡幅度越来越小,也不会出现信息完全失真;在信息储存或传递过程中,囚禁离子量子态失真比系统和驻波场量子态失真小.     

Large Detuning Interaction Between a Paul-Trapped Ion and a standing Wave Laser

An ultracold two-level ion which stays at its internal ground state, experiencing the standing wave of a large detuning laser in a Paul trap, has been studied in the Lamb-Dicke limit and near the weak excitation regime, with full consideration of the time dependence of the trapping potential.     

A scheme of quantum phase gate for trapped ion

We propose a scheme to implement two-qubit controlled quantum phase gate(CQPG) via a single trapped two-level ion located in the standing wave field of a quantum cavity, in which the trap works beyond the Lamb--Dicke limit. When the light field is resonant with the atomic transition $|g\rangle\leftrightarrow|e\rangle$ of the ion located at the antinode of the standing wave, we can perform CQPG between the internal and external states of the trapped ion; while the frequency of the light field is chosen to be resonant with the first red sideband of the collective vibrational mode of the ion located at the node of the standing wave, we can perform CQPG between the cavity mode and the collective vibrational mode of the trapped ion. Neither the Lamb--Dicke approximation nor the assistant classical laser is needed. Also we can generate a GHZ state if assisted with a classical laser.     

Continued Fraction Approach to the Solution of a Trapped Ultracold Ion Interacting with a Standing Wave Laser without Rotating Wave Approximation

In coherent state representation and in the absence of rotating wave approximation, we present an approach to solve the interaction of a trapped ultracold ion with a standing wave laser by a continued fraction, within the Lamb-Dicke limit and the low excitation regime. It is shown that, the eigen-energies as well as the coefficients of the series of the eigenfunction can be obtained rapidly from the continued fraction.     

基于二维囚禁离子实现受控非门、交换门和相位门

研究了二维囚禁离子与光场相互作用系统中几种基本量子逻辑门的实现方案.通过适当选取激光场与离子内部跃迁频率的失谐量,简化了系统的哈密顿量,并进一步推导出受控非门(C-NOT门)、交换门与相位门的实现方法.在此过程中,系统需满足Lamb-Dicke极限,并要求光场的Rabi振荡频率远远小于离子的振动频率. 关键词： 囚禁离子 受控非门(C-NOT门) 交换门 相位门     

Trapped ion quantum computation with transverse phonon modes

We propose a scheme to implement quantum gates on any pair of trapped ions immersed in a large linear crystal, using interaction mediated by the transverse phonon modes. Compared with the conventional approaches based on the longitudinal phonon modes, this scheme is much less sensitive to ion heating and thermal motion outside of the Lamb-Dicke limit thanks to the stronger confinement in the transverse direction. The cost for such a gain is only a moderate increase of the laser power to achieve the same gate speed. We also show how to realize arbitrary-speed quantum gates with transverse phonon modes based on simple shaping of the laser pulses.