光纤耦合双光学腔系统的相干动力学

为了研究量子相干性在腔量子电动力学系统中的动力学和分布特性,基于两个各自捕获原子系综的光学腔建立了双光学腔系统,腔与腔之间由光纤耦合.利用相对熵度量的量子相干性,引入量子相干非平衡性的概念,分析了系统中相干动力学和光纤-腔耦合强度对相干性分布的影响.结果表明:在强耦合极限下,光纤-腔耦合强度的增加有利于保持两腔中的原子的整体相干性;光纤-腔耦合强度、原子-腔耦合强度以及原子数三个参数之间满足特定条件时,腔内的原子相干性可以传输至另一个腔.考虑腔、光纤及原子都存在耗散的情形,对比了不同耗散速率和非耗散情形下的相干性演化,发现耗散使得耦合双腔系统的相干性以及各个腔中的原子相干性发生衰减.     

Kerr效应对二项式腔场谱量子干涉的影响

研究了含Kerr介质高Q腔内单个二能级原子与双模二项式光场发生双光子共振相互作用系统的腔场谱,给出了Kerr效应与量子干涉项ΔS(ω)关系的数值计算结果,讨论了Kerr效应对二项式腔场谱量子干涉的影响.结果表明:若初始时刻原子处于激发态而双模光场处于二项式态,随Kerr效应的增强,致使量子干涉项引起谱线强度的改变量呈现出"不规则的周期性衰减振荡"特性,震荡幅度与两模光场的频差密切相关.在Kerr系数χg(g为光场与原子的耦合常数)时,Kerr效应对干涉项的影响比较强烈;在χg时,趋于平稳.随着Kerr效应的增强,系统腔场谱由对称结构逐渐演化为不对称的多谱线结构.     

利用多光子相互作用实现量子信息传递

利用全量子理论,研究了多原子-腔场系统中多光子相互作用的过程,给出了不同情况下系统的一般演化式,发现利用此过程可实现量子纠缠信息的传递:只要控制腔场与原子相互作用的时间即原子以特定速度通过腔场时,处于基态的原子与存储纠缠信息的腔场相互作用的结果使原子获得量子纠缠信息;相反,纠缠原子中的量子纠缠信息也可传递给处于真空态的腔场;基态原子作为"飞行的量子比特"还可将量子纠缠信息从一个腔场传递到另一个腔场。该结论适应于讨论任意多个原子-腔场系统中任意多个光子相互作用的普遍情形。     

基于腔QED系统的几何量子失谐及其传送

研究了基于腔量子电动力学（腔QED）系统的几何量子失谐及其传送。该系统包括两个独立的子系统,每个子系统由两个二能级原子与单模腔共振相互作用。结果表明,所有初始存储在原子A1A2中的几何量子失谐最终被转移到原子B1B2和腔C1C2。同时,原子A1A2 ,B1B2和腔C1C2的几何量子失谐在该量子系统中可以发生猝死（DSD）以及纠缠突然死亡（ESD）。但是,在该量子系统中几何量子失谐不能完全由于原子的自发辐射和腔衰减而复活。此外,原子A1A2 ,B1B2和腔C1C2几何量子失谐的量,取决于其纯度p,并与其成比例,p的值越小,几何失谐越小。它也表明,在原子自发辐射和腔衰减的情况下,原子A1A2 ,B1B2和腔C1C2的几何量子失谐将经历振荡衰减并最终衰减到零。不过,在没有原子自发辐射和腔衰减的情况下,原子A1A2 ,B1B2和腔C1C2的几何量子失谐却没有衰减。     

基于腔QED系统的几何量子失谐及其传送

研究了基于腔量子电动力学（腔QED）系统的几何量子失谐及其传送。该系统包括两个独立的子系统,每个子系统由两个二能级原子与单模腔共振相互作用。结果表明,所有初始存储在原子A1A2中的几何量子失谐最终被转移到原子B1B2和腔C1C2。同时,原子A1A2 ,B1B2和腔C1C2的几何量子失谐在该量子系统中可以发生猝死（DSD）以及纠缠突然死亡（ESD）。但是,在该量子系统中几何量子失谐不能完全由于原子的自发辐射和腔衰减而复活。此外,原子A1A2 ,B1B2和腔C1C2几何量子失谐的量,取决于其纯度p,并与其成比例,p的值越小,几何失谐越小。它也表明,在原子自发辐射和腔衰减的情况下,原子A1A2 ,B1B2和腔C1C2的几何量子失谐将经历振荡衰减并最终衰减到零。不过,在没有原子自发辐射和腔衰减的情况下,原子A1A2 ,B1B2和腔C1C2的几何量子失谐却没有衰减。     

具有三体相互作用自旋链的量子相干与量子纠缠

本文研究了具有两种三体相互作用的海森堡XXZ自旋链的量子相干与量子纠缠的特性。研究发现，量子相干性不会出现突然死亡现象且非零量子相干性存在的温度范围大于量子纠缠存在的温度范围，说明量子相干性相对于量子纠缠，具有更强的鲁棒性。在量子临界环境中，量子相干性可以表征本模型的量子相变现象。在铁磁情形中，无论外磁场是否为0，单独调控XZX+YZY三体相互作用对于减缓量子相干性的衰减速率与增大量子相干性存在的温度范围效果最好。在反铁磁情形中，外磁场为0时，XZX+YZY与XZY-YZX两种三体相互作用的协同作用可以显著增加量子相干性的最大值，并明显减缓其衰减速率。在铁磁情形与反铁磁情形中都发现当外磁场B <0时，量子相干性存在的温度范围更大，更有利于保存量子相干性。     

四能级原子系统中量子相干增强的Kerr非线性效应的研究

应用密度矩阵方程计算了四能级原子系统中三阶非线性极化率随信号光和探针光频率失谐的变化关系。结果表明，由于量子干涉对信号光强度的敏感性，使四能级原子介质的交叉Kerr非线性作用大大增强，与三能级系统相比，四能级原子介质的Kerr非线性系数可增强两个数量级。     

双光子过程原子与耦合腔相互作用中的量子失协

研究原子与耦合腔相互作用系统,考虑每个腔囚禁一个二能级原子,原子与腔场发生共振相互作用,腔场也相互耦合的情况;采用量子失协几何度量方法—几何量子失协,来度量两个子系统间的量子失协.利用数值计算方法给出了量子失协的演化曲线,讨论了腔场间耦合系数变化对量子失协的影响.研究结果表明:随腔场间耦合系数增大,两原子间量子失协增大,而原子与腔场间或两腔场间的量子失协却减小.     

耦合原子与腔场多光子相互作用过程中的量子信息传递

建立了"多耦合原子--腔"系统的多光子相互作用模型. 利用腔量子电动力学理论, 研究了原子与腔场相互作用过程中量子信息传递的特性, 分析了原子间耦合作用对量子信息传递的影响. 结果表明: 在一定的相互作用时间内, 量子信息可以在腔场与原子间可逆传递或保持, 原子间的偶极作用导致量子纠缠信息非完全传递和非完全保持.     

有心结构耦合腔系统中的几何量子失谐（英文）

引入了由N+1个单模腔构成的有心结构耦合腔物理模型.其中,中心腔起耦合器作用,其余N个腔通过N条光纤与中心腔耦合,并且每个腔囚禁1个二能级原子.在系统激发数等于1的情况下,给出了系统态矢的演化规律,研究了两原子间和两腔场间的几何量子失谐.通过数值计算,讨论了耦合腔数目和原子与腔场间耦合强度对几何量子失谐的影响.研究结果表明:随着腔数目的增加两原子间和两腔场间的几何量子失谐都减弱;随着原子与腔场间耦合系数增大,两原子间几何量子失谐减弱,但两腔场间几何量子失谐却加强.     

Simple quantum systems as a source of coherent information

A set of very important simple quantum systems is analyzed from the standpoint of the amount of coherent information that is accessible when information channels corresponding to the systems are used. It is shown that for simple quantum models the coherent information can be calculated and used for estimating the potential possibilities of the corresponding quantum channel as a source of physical information in experiments associated with the effects of the coherence of quantum states. The following physical models are studied: a two-level atom in a laser radiation field, an aggregate of two two-level subsystems in a multilevel atom (hydrogen), a system of two two-level atoms in the process of joint quantum-deterministic evolution and under the action of transformations of quantum measurement and quantum duplication, as well as one and two two-level atoms in the process of emission.     

Kerr介质中双光子T-C模型光场的量子特性

研究了存在Kerr介质时，耦合双原子与单模压缩真空场双光子跃迁相互作用系统光场的量子特性，讨论了Kerr介质和原子间偶极-偶极相互作用对光场量子特性的影响. 结果表明：当Kerr效应和偶极-偶极相互作用可以忽略时，光场U2分量的涨落能被周期性地压缩，随着Kerr效应和偶极-偶极相互作用的增强，光场的压缩逐渐变浅，压缩次数减少；Kerr效应和偶极-偶极相互作用的影响使光场的二阶相干度时间演化曲线呈现周期性的崩塌-回复现象，但不论耦合强度如何，光子总是呈现聚束效应. 关键词： Kerr介质 压缩真空场 耦合双原子 光场的量子特性     

Kerr介质中J-C模型的色散近似耗散动力学

应用全量子论研究了含Kerr介质的Jaynes-Cummings模型在色散近似下系统和子系统的相干性丢失及纠缠特性,在输入场为相干场假设下计算了线性熵.结果表明,原子相干性丢失与Kerr效应无关,场和原子-场系统的相干性丢失因Kerr介质的存在而增强,原子与场之间的纠缠因Kerr效应而受到压制,场的相干性时间演化规律在定性和定量两方面都受到腔耗的影响.Kerr介质对场线性熵的作用要通过腔耗才能展现出来.     

Fidelity of quantum information for V-type three-level atom interacting with a number state light field in Kerr medium

In this paper the evolution characteristics of the fidelity of quantum information for the V-type three-level atom interacting with number state light field in Kerr meddium are investigated. It shows that the periodicity of the evolutions of fidelity of quantum information is influenced by the Kerr coefficient, the photon number of the initial field and intensity of light. The evolutions of the fidelity of quantum information are modulated by the initial number state field. The Rabi oscillation frequency and the modulation frequency of fidelity for the field and the system vary with the value of the Kerr coefficient. The evolutions of fidelity of quantum information obviously show the quantum collapse and revival behaviours in the system of atom interacting with light field.     

Quantum Entanglement in Two-Photon Tavis–Cummings Model with a Kerr Nonlinearity

The properties of quantum entanglement in the two-photon Tavis–Cummings model with a Kerr nonlinearity are studied in terms of quantum information entropy theory. The reduced quantum entropy is employed to investigate the quantum entanglement between two two-level atoms and a single-mode coherent field. The relative quantum entropy is employed to investigate the quantum entanglement between the two two-level atoms. The influences of the nonlinear interaction of the Kerr medium with the field and the atomic dipole-dipole interaction on the properties of quantum entanglement of the system are also examined. Some important results are obtained.     

Enhancing Kerr nonlinearity via quantum interference from incoherent pumping

The effect of quantum interference from incoherent pump field on the Kerr nonlinearity of V- and Lambda-type three-level systems is investigated. It is found that enhanced Kerr nonlinearity can be obtained via quantum interference of incoherent pump field. It is also demonstrated that the enhanced Kerr nonlinearity is located in the reduced-absorption region. The enhancement of Kerr nonlinearity is attributed mainly to the presence of extra atomic coherence induced by quantum interference from incoherent pump field.     

Influence of Kerr Medium on Entanglement of Cascade-Type Three-Level Atoms and a Bimodal Cavity Field

We investigate the influence of Kerr medium on atomic population probability and residual entanglement of the system which consists of cascade-type three-level atoms and a bimodal cavity field filled with Kerr medium. The results show that the period of residual entanglement is shortened and the value of residual entanglement is enhanced by appropriately adjusting the nonlinear Kerr constant. Furthermore, we also study the influence of Kerr medium on entanglement evolution of the two atoms, and find that it decreases the value of entanglement between two atoms.     

On entanglement of quantum states of noninteracting subsystems

Simple models for measuring the characteristics of a system of two atoms that do not interact with each other are used to show that the nonselectivity of measurement, related to the indistinguishability of the quantum subsystems with respect to some general parameter, leads to entanglement of the atomic states of the subsystem selected in such a way. This entanglement is in no way related to some collective process and is only due to the effective measurement in an entangled basis. An analogy between the preparation of entangled states of a system of subsystems that do not interact with each other by a quantum reduction (a measurement) and a quantum evolution is found.     

利用双光子过程实现量子信息转移

提出了一个利用耦合双原子同时与大失谐的双光子Jaynes-Cummings模相互作用实现量子信息转移的方案.通过控制原子与腔场的相互作用时间及量子位的旋转操作角,可以实现原子与原子之间及原子与腔场之间的量子信息转移,而包含在欲转移量子态上的信息可被完全擦除. 关键词： 二能级原子 双光子Janeys-Cummings 模型 量子信息转移 偶极-偶极相互作用     

Tavis-Cummings模型中的几何量子失协特性

采用几何量子失协的计算方法,通过改变两原子初始状态、腔内光子数和偶极-偶极相互作用强度,研究了Tavis-Cummings模型中的几何量子失协特性.结果表明:几何量子失协都是随时间周期性振荡的,选取适当的初态可以使两原子一直保持失协状态,增加腔内光子数和偶极相互作用对几何量子失协有积极的影响.