类克尔介质光腔中原子的纠缠动力学研究

初始处于纠缠的原子与附加类克尔介质的光腔相互作用,运用共生纠缠的度量方法对原子间的纠缠演化动力学进行研究,分析了腔场粒子数、介质非线性效应及原子与腔场的失谐量对纠缠演化的影响,发现处于腔场真空态下原子间的纠缠作周期性震荡演化,而处在腔场粒子数态下的原子在演化过程中发生纠缠突然死亡现象;在非线性克尔介质作用下,处于腔场粒子数较小范围内(n≤5)的原子间也会产生纠缠突然死亡现象;但随着腔场粒子数的增加纠缠突然死亡现象消失而且一定程度上可以达到纠缠初始值;当腔场处于任意粒子数态时,由于非线性效应的影响,均可抑制纠缠突然死亡现象的发生;当腔场在没有类克尔介质作用时,原子与腔场间的失谐量同样可以避免纠缠突然死亡现象的发生.     

双J-C模型中两原子的纠缠动力学特征

初始处于类贝尔纠缠态的完全一样的二能级原子A和B分别与空间分离的两处于真空场的腔场a和腔场b发生相互作用,利用双Jaynes-Cummings理论模型进行分析,我们采用部分转置矩阵的负本征值(negativity)的方法研究了两原子间纠缠度随时间演化的动力学特征,通过数值计算和理论分析发现在一定参数范围内原子间出现纠缠猝死现象;通过参数调整能有效缩小纠缠猝死区域,在一定的参数条件下能有效消除两原子间的纠缠猝死现象。     

粒子数场对双原子纠缠演化的影响

考虑初始处于纠缠态的两原子,分别以一定的速率依次通过高Q粒子数场,利用negativity度量纠缠的方法,研究了两原子之间的纠缠演化与原子初态和光场状态的关系,并与两原子同时在腔场时的情况做了比较.发现:当粒子数场为真空场时,两种模型下双原子纠缠度均做周期性演化;当粒子数场为非真空场时,双原子纠缠度都会出现纠缠猝死现象.并进一步研究了该现象随初始纠缠参量θ、粒子数n的变化关系以及与环境(腔场)的纠缠转移问题.     

Kerr介质中耦合双原子的纠缠特性

研究了Kerr介质中两个耦合二能级原子的纠缠演化规律, 通过concurrence计算了系统的纠缠度, 讨论了系统初态、Kerr 介质和原子之间的偶极相互作用对腔中两个原子纠缠度的影响. 结果表明: 通过适当选取Kerr介质的耦合系数和偶极相互作用强度, 可以获得固定的两原子纠缠, 并且可以提高两原子之间的纠缠, 甚至彻底消除纠缠猝死现象. 关键词： 偶极相互作用 Kerr介质 concurrence     

Tavis-Cummings模型中三体纠缠态纠缠量的演化特性

研究两个全同二能级原子与单模场相互作用的Tavis-Cummings模型中的量子纠缠.在场和两原子初始分别为真空场和纠缠或非纠缠状态下，得出体系状态将演化为三体近似W纠缠态.通过对纠缠量的计算得出：该三体近似W纠缠态纠缠量的演化特性将随三体所处的初始状态、原子间及原子与场间的耦合系数、失谐程度、原子反转粒子数的变化而变化.值得一提的是可得出原子间耦合作用强度对纠缠量的非线性效应，并且纠缠量展现出与原子反转粒子数一致的周期振荡现象. 关键词： W纠缠态 纠缠量 反转粒子数     

两个耦合原子与充满Kerr介质压缩真空场拉曼相互作用系统中的纠缠动力学

通过Concurrence研究了充满Kerr介质的单模压缩真空场与两个耦合原子拉曼相互作用系统中的纠缠动力学。使用数值方法,讨论了纠缠与耦合参数、初始压缩系数和Kerr介质之间的关系。在这篇文章中,我们提出了几个有意思的结论:首先,当原子的偶极-偶极相互作用较弱时,Concurrence发生了周期性坍塌和复活的现象,而随着相互作用越来越强,坍塌和复活的现象消失,Concurrence出现了像Rabi频率一样更复杂的振荡;其次,原子的Concurrence随着初始压缩系数r的增加而增强;此外,我们发现可以通过调节和控制NIKM的强度尽可能地接近最大纠缠。     

粒子数光场中原子纠缠的演化特性

两个初始时纠缠的原子(原子1、2)之一(原子2)和另一分离原子(原子3)在单模腔中与粒子数场发生相互作用,研究了这一系统中原子纠缠的演化特性.利用部分转置矩阵负本征值的方法,得出了纠缠度与初始时原子的状态、粒子数光场中光子数目、原子与腔场偶极相互作用的耦合常数、原子间偶极-偶极相互作用强度等的大小有很强的关系.     

Kerr介质中压缩真空场与耦合双原子依赖强度耦合系统原子布居数的时间演化

研究了存在Kerr介质时,单模压缩真空场与耦合双原子依赖强度耦合相互作用系统原子布居数的时间演化规律,讨论了Kerr介质、原子间相互作用和光场的初始压缩因子对原子布居数时间演化的影响.     

耦合双Tavis-Cummings模型中的纠缠演化和转移特性

研究了由光纤模连接的两个Tavis-Cummings模型中纠缠演化和纠缠转移的特性。结果表明,初始两原子间的纠缠可转移为另两原子间的纠缠,在纠缠转移过程中,光纤模起到中间传递的作用。纠缠的转移与初始两原子间的纠缠、原子与腔场的耦合强度以及光纤模与腔场的耦合强度、原子与腔场的失谐量和腔场耗散有关。初始纠缠决定了另两原子间纠缠产生的大小;在原子与腔场的耦合强度一定的条件下,随着光纤模与腔场耦合强度的增强,纠缠转移的时间缩短,且产生的纠缠值增加;腔场耗散对纠缠演化的衰减影响是显著的,而失谐量的增加可以有效地抑制这一现象。在整个纠缠转移过程中,系统中其他任两子体系间的纠缠起到了桥梁的作用,实现了两量子纠缠态的远程传递和制备。     

级联环境下双原子的纠缠动力学

文献Phys.Rev.A 90,042108(2014)提出了一种级联环境模型,即单量子系统与光学腔作用,而腔又级联着一个有结构的零温玻色热库。本文在此基础上,研究两个二能级原子在该级联环境下的纠缠动力学,考察原子与腔场的耦合强度、原子间的偶极-偶极相互作用、热库的谱宽度、腔场与库间的失谐对原子间纠缠以及两原子与腔组成的三体纠缠动力学的影响。结果表明,在一定条件下两原子间的二体纠缠和原子-腔的三体纠缠在长时极限下都趋于稳定值,且随着偶极-偶极相互作用增加而增大,而无论腔场与热库耦合强弱,失谐量的增加都可以抑制纠缠的衰减。     

与光场依赖强度耦合下运动纠缠双原子的周期量子回声

本文将Tavis-Cummings(T-C)模型推广到同时考虑原子运动及与光场依赖强度耦合的情况.运用全量子理论,研究了与光场依赖强度耦合下运动纠缠双原子量子态保真度演化.采用数值计算的方法,探讨了双原子初始纠缠因子θ、光场平均光子数n以及场模结构参量p对双原子量子态保真度演化的影响,解析分析了双原子周期量子回声的形成规律,揭示了其物理实质.结果表明, 在场模结构参量p=1的情况下,无论光强和双原子初始纠缠因子如何取值,双原子均产生周期2π的量子回声;在强相干场n=30条件下,改变p从1到小于800时,Bell态双原子产生2π/p周期量子回声.当p≥800时,无论光场是真空场、弱相干场或强相干场,双原子量子态保真度恒为1,即第一类Bell态原子持续处于保真态;而当双原子初始纠缠因子为3π/4时,无论n、p取何值,双原子量子态保真度保持为1,双原子持续处于第二类Bell态的保真态.其结论表明, 该推广模型具有很好的双原子周期量子回声性质,为纠缠双原子信息高保真输出及噪音环境下量子信息处理的实验实现提供了理论参量和物理载体.     

与光场依赖强度耦合下运动纠缠双原子的周期量子回声

本文将Tavis-Cummings (T-C)模型推广到同时考虑原子运动及与光场依赖强度耦合的情况.运用全量子理论,研究了与光场依赖强度耦合下运动纠缠双原子量子态保真度演化.采用数值计算的方法,探讨了双原子初始纠缠因子θ、光场平均光子数n以及场模结构参量p对双原子量子态保真度演化的影响,解析分析了双原子周期量子回声的形成规律,揭示了其物理实质.结果表明,在场模结构参量p=1的情况下,无论光强和双原子初始纠缠因子如何取值,双原子均产生周期2π的量子回声;在强相干场n=30条件下,改变P从1到小于800时,Bell态双原子产生2π/P周期量子回声.当p≥800时,无论光场是真空场、弱相干场或强相干场,双原子量子态保真度恒为1,即第一类Bell态原子持续处于保真态;而当双原子初始纠缠因子为3π/4时,无论n、p取何值,双原子量子态保真度保持为1,双原子持续处于第二类Bell态的保真态.其结论表明,该推广模型具有很好的双原子周期量子回声性质,为纠缠双原子信息高保真输出及噪音环境下量子信息处理的实验实现提供了理论参量和物理载体.     

远程制备双原子纠缠态

提出一种远程制备双原子纠缠态的方案,该方案基于两个原子与单模腔场的同时非共振相互作用.由于双粒子纠缠态比三粒子纠缠态容易制备,方案用两对双原子纠缠态作为量子通道.Alice 拥有的两个相同原子同时与一单模腔场非共振相互作用.Alice已知她要制备的纠缠态,她选择适当的相互作用时间、测量她所拥有的两个原子并通过经典通道通知Bob.Bob引入一个相同的辅助原子和一个单模腔场来实现方案.方案对腔场状态和腔损耗不敏感,基于当前的腔QED 技术,方案能在实验上实现.该方案有望在量子信息过程中有重要的应用价值.     

Effects of Cavity-Field Statistics on Atomic Entanglement in Two-Mode Jaynes-Cummings Model

We study the entanglement properties of a pair of two-level Rydberg atoms passing one after another into a lossless cavity with two modes. The initial joint state of two successive atoms that enter the cavity is unentangled. Interactions mediated by the cavity field results in the final two-atom mixed entangled type state. The entanglement of formation of the joint two-atom state as a function of the Rabi angle gt is calculated for Fock state field, coherent field and thermal field respectively inside the cavity. We present a comparative study of two-atom entanglement corresponding to the different field statistics.     

Tavis-Cummings模型中两纠缠原子纠缠的演化特性

研究了两个纠缠的两能级原子与单模粒子数场进行相互作用系统中两原子的纠缠演化.结果表明：两个原子之间的纠缠呈现出周期性的演化特性，初始两原子的状态、原子之间的偶极相互作用和粒子数场对腔中两个原子的纠缠有着显著的影响.发现适当选择原子的初态，两原子会永远处于最大纠缠态. 关键词： 量子纠缠 偶极-偶极相互作用 部分转置矩阵负本征值 纠缠原子     

Influence of selective atomic measurement on the entanglement properties of a two-atom outside cavity

Considering three two-level atoms initially in the W or Greenberger--Horne--Zeilinger (GHZ) state, one of the three atoms is put into an initially coherent light cavity and made to resonantly interact with the cavity. The two-atom entanglement evolution outside the cavity is investigated. The influences of state-selective measurement of the atom inside the cavity and strength of the light field on the two-atom entanglement evolution outside the cavity are discussed. The results obtained from the numerical method show that the two-atom entanglement outside the cavity is strengthened through state-selective measurement of the atom inside the cavity. In addition, the strength of the light field also influences the two-atom entanglement properties.     

Generation of multipartite entangled states by cavity QED

We propose the methods of generating multipartite entanglement by considering the interaction of a system of N two-level atoms in M cavities of high quality factor with a strong classical driving field. It is shown that, with the cavity detuning, the applied driving field detuning and vacuum Rabi coupling, we can produce an entangled coherent state in two single-mode cavities and generate the entangled coherent cluster states in two bimodal vacuum cavities. Tuning these parameters also allows us to acquire the anti-Jaynes-Cummings （AJC） interaction, with which we can generate the maximally two-photon entangled states, and the two-atom and the two-photon entangled cluster states.     

原子的选择测量对原子纠缠特性和场熵的影响*

考虑初始处于W态的三个二能级原子,将其中两个原子同时注入处于真空态的单模腔中,并与光场发生共振相互作用的情况。采用数值计算方法,通过对是否进行原子态选择性测量情况下,腔内原子间的纠缠性质和场熵的比较,讨论了对腔外原子的态选择性测量对腔内原子间的纠缠性质和场熵演化的影响。研究结果表明：对腔外原子的选择性测量,可增强腔内原子间的纠缠,但会减弱腔內原子与光场的关联。     

Evolution of Atomic Entanglement for Different Cavity-Field Statistics in Single-Mode Two-Photon Process

We study the evolution of entanglement for a pair of two-level Rydberg atoms passing one after another into an ideal cavity filled with a single mode radiation field. The atoms interact with the cavity field via two-photon transitions. The initial joint state of two atoms that enter the cavity one after the other is unentangled. Interactions intervened by the single mode cavity photon field brings out the final two-atom mixed entangled type state. We use the well known measure appropriate for the mixed states, i.e. the entanglement of formation to quantify the entanglement. We calculate the entanglement of formation of the joint two-atom state as a function of the Rabi angle, for the Fock state field, coherent field and thermal field respectively inside the cavity. The change in the magnitude of atomic entanglement with cavity photon number has been discussed.