基于绝热捷径快速实现远距离的四维纠缠态的制备

作为量子信息处理的载体,量子纠缠态一直以来都是量子信息领域的研究热点.相比于低维纠缠态,高维纠缠态使得量子通信具有更快的传输速度、更强的安全性、更高的噪声容忍阈值等特点.另外,绝热技术因其对实验参数起伏不敏感而被广泛应用于纠缠态的制备,然而绝热过程需要相当长的演化时间,因此绝热捷径应运而生.本文提出了一种采用无跃迁量子驱动构建绝热捷径实现快速制备两个原子的四维纠缠态的理论方案,该系统中的两个原子分别被囚禁在两个由光纤连接的双模腔中.为了获得一个技术上可操作的物理系统,本方案采用能级失谐设计出一个可精确驱动系统沿着某一个系统的瞬时本征态演化的哈密顿.该方案所采用的无跃迁量子驱动构建绝热捷径不仅大大缩短了演化时间,而且在实验上也比较容易实现.本文还数值模拟了消相干因素对四维纠缠态保真度的影响,结果表明,只要脉冲参数选取在一定范围内,光纤耗散、腔场耗散和原子自发辐射等不利因素都会被大大抑制.     

利用脉冲延迟实现微波波导中量子态存储与异地按需读取

量子存储是实现长距离量子通信的关键步骤,也是量子信息处理的重要基础.在满足存储时间长、保真度高的基础上,实现量子态的异地按需读取对构建实用化量子网络有着重要意义.本文基于受激拉曼绝热路径(stimulated Raman adiabatic passage, STIRAP)的方法,提出了通过设计可控脉冲延迟在一维微波波导中实现高保真度的量子态存储与异地按需读取的理论方案.该方案不仅可以根据需求在异地决定读出时间,且可以降低原始STIRAP方案所需的脉冲面积,降低能量消耗.数值计算的结果表明,该方案实现的保真度对波导中的平均热光子数及读出脉冲的持续时间均有较强的鲁棒性.     

基于超绝热捷径技术快速制备超导三量子比特Greenberger-Horne-Zeilinger态

本文提出了一个基于超绝热捷径技术快速制备超导三量子比特Greenberger-Horne-Zeilinger态的理论方案.该方案首先在量子Zeno动力学的帮助下得到系统的有效哈密顿量,之后通过引入与有效哈密顿量具有相同形式的反向导热哈密顿量来构建绝热捷径,加速了整个系统的演化过程.该方案不需要初态和目标态之间的直接耦合,在实验上也更容易实现.数值模拟结果表明该方案对超导量子比特的自发辐射、波导谐振腔的泄漏以及超导量子比特的退相位是鲁棒的.     

用于铯原子受激拉曼绝热输运过程的光源的产生

受激拉曼绝热输运(STIRAP)是一种有效制备和控制原子态的技术,在原子操控和量子信息中具有重要意义,最近几年得到广泛关注.研制用于特定原子的拉曼激光是实现该过程的重要一步.研究了利用光纤波导调制器及干涉滤波器等组成的系统实现用于铯原子STIRAP过程的光源的方法.通过直接调制高频光纤调制器获得正负一级边带,并利用两个...     

电路量子电动力学中基于超绝热捷径的控制相位门实现

针对绝热算法在系统演化过程中需要较长操作时间的问题,本文提出了电路量子电动力学系统中基于超绝热捷径的两量子比特控制相位门的快速制备方案.首先将量子比特的能级进行编码,针对不同初始态分类讨论,获得系统的有效哈密顿量.通过反绝热驱动,推导出系统有效哈密顿量的修正项,以抑制不同本征态之间不必要的跃迁,从而获得了高保真度的基于超绝热捷径控制相位门.数值模拟验证了本方案的有效性,最终保真度为0.991.所提方案可以加速演化,并且比绝热通道更有效.此外,本方案对谐振器的衰减和超导量子比特的退相干具有鲁棒性.通过对谐振腔的泄漏、量子比特的自发辐射和退相位的影响分析,得到的系统最终保真度始终保持在0.984以上.     

利用绝热过程实现远距离量子纠缠

提出利用绝热过程实现远距离量子纠缠的方案.Λ型原子和经典场、单模腔场发生相互作用,系统的绝热演化在暗态中进行.利用这种绝热演化进行远距离原子、腔场纠缠,可有效地抑制原子的自发辐射噪声.     

在多能级∧系统中运用“部分受激拉曼绝热通道”制备相干叠加态(英文)

我们给出了在A型五能级系统中制备| 3态和| 5态的连续叠加态的方法,这种方法是部分受激拉曼绝热通道的扩充。但是它又不同于部分受激拉曼绝热通道,我们设计了新的斯托克斯脉冲和相应的泵浦脉冲。进而应用数值方法讨论了脉冲驰豫时间和失谐量对该方法的影响.数值结果表明要制备任意的叠加态要满足双光子共振.这种方法可以推广到多能级A系统中制备任意两个下面能级的叠加态.     

超冷原子-分子转化动力学：受激拉曼绝热过程

超冷分子是超冷原子分子物理领域的新的热点研究课题。分子具有更多的自由度,能级结构密集、复杂,直接激光冷却存在困难。目前,人们一般借助外场把超冷原子耦合获得超冷分子。受激拉曼绝热暗通道技术~(stimulated Raman adiabatic passage,STIRAP)作为其中一种非常有效地将超冷原子转化为超冷分子的方法已被广泛地研究。该文主要针对STIRAP过程中超冷原子-分子转化系统的动力学,绝热性、稳定性等理论研究的进展进行综述。     

超冷原子-分子转化动力学:受激拉曼绝热过程

获得超冷分子是超冷原子分子物理领域的新的热点研究课题。分子具有更多的自由度,能级结构密集、复杂,直接激光冷却存在困难。目前,人们一般借助外场把超冷原子耦合获得超冷分子。受激拉曼绝热通道技术(stimulated Raman adiabatic passage,STIRAP)作为其中一种非常有效地将超冷原子转化为超冷分子的方法已被广泛地研究。该文主要针对STIRAP过程中超冷原子-分子转化系统的动力学,绝热性、稳定性等理论研究的进展进行综述。     

基于绝热捷径的两原子相位门设计

基于绝热捷径技术,我们提出了一个通过设计共振脉冲,仅用一个操作步骤便实现两原子相位门的理论方案。我们讨论了原子自发辐射和腔中光子泄漏对方案的影响,数值结果表明当前方案对上面的两种耗散效应和试验参数的误差都具有鲁棒性。此外,本方案所需的演化时间非常短并且在整个演化过程中都不需要额外引入复杂的脉冲。因此,这个方案在当前实验条件下是比较容易实现的。     

超冷极性分子

目前对超冷原子的研究已经从最初的原子分子物理扩展到了物理的很多分支.极性分子可以将电偶极相互作用引入到超冷体系,同时分子又与原子类似,可以灵活地被光和其他电磁场操控,因而很多理论工作都预言了超冷极性分子在超冷化学、量子模拟和量子信息等领域会有重要的应用.但由于超冷基态分子的制备非常困难,如何把超冷物理从原子发展到分子还是一个方兴未艾的课题.过去的10年间,各种分子冷却技术都取得了很大突破,本文回顾了这些进展,并着重介绍了基于异核冷原子的磁缔合结合受激拉曼转移这一技术,该技术在制备高密度的基态碱金属超冷极性分子上取得了较大的成功.本文也总结了超冷极性碱金属分子基本碰撞特性研究的一些实验结果.     

Coherent optical transfer of Feshbach molecules to a lower vibrational state

Using the technique of stimulated Raman adiabatic passage (STIRAP) we have coherently transferred ultracold (87)Rb(2) Feshbach molecules into a more deeply bound vibrational quantum level. Our measurements indicate a high transfer efficiency of up to 87%. Because the molecules are held in an optical lattice with not more than a single molecule per lattice site, inelastic collisions between the molecules are suppressed and we observe long molecular lifetimes of about 1 s. Using STIRAP we have created quantum superpositions of the two molecular states and tested their coherence interferometrically. These results represent an important step towards Bose-Einstein condensation of molecules in the vibrational ground state.     

超冷单原子分子阵列

用光镊形成光阱囚禁单个原子、用激光将单个原子冷却到基态形成超冷原子、将超冷原子相干合成单个超冷分子、将单原子分子重排串成丰富多样的超冷单原子分子阵列,这就构成了精密相干可控的多粒子量子系统,为多种前沿科学研究与技术发展提供难得的量子平台.文章介绍近年来在单原子量子态高保真操控、异核原子量子纠缠、原子一分子耦合态相干控制...     

Population redistribution in optically trapped polar molecules

We investigate the rovibrational population redistribution of polar molecules in the electronic ground state induced by spontaneous emission and blackbody radiation. As a model system we use optically trapped LiCs molecules formed by photoassociation in an ultracold two-species gas. The population dynamics of vibrational and rotational states is modeled using an ab initio electric dipole moment function and experimental potential energy curves. Comparison with the evolution of the v″ = 3 electronic ground state yields good qualitative agreement. The analysis provides important input to assess applications of ultracold LiCs molecules in quantum simulation and ultracold chemistry.     

分子光学及其应用前景

随着原子光学的快速发展，一门新兴的有关研究中性分子与电场、磁场和光场等物质相互作用及其冷却、囚禁、操控与应用的学科——“分子光学”正在逐步形成．文章首先就分子光学的学术内涵及其研究内容作一简单类比与讨论；其次，就冷分子束的产生与超冷分子样品的实验制备、超冷分子物理与光谱学、非线性与量子分子光学的研究及其最新进展进行简要综述．最后，就分子光学的应用前景进行了展望．     

Squeezing molecular matter waves with a squeezed associating light

We study the quantum conversion from light to ultracold triatomic molecules by using a quantized photoassociation light. Our results show that molecular matter-wave squeezing can be obtained for both homo- and hetero-nuclear trimers and are also compared with the previously studied case of creating dimers. This provides a possible method for quantum control of ultracold complex objects.     

State selective production of molecules in optical lattices

We demonstrate quantum control over both internal and external quantum degrees of freedom in a high number of identical "chemical reactions," carried out in an array of microtraps in a 3D optical lattice. Starting from a Mott insulating phase of an ultracold atomic quantum gas, we use two-photon Raman transitions to create molecules on lattice sites occupied by two atoms. In the atom-molecule conversion process, we can control both the internal rovibronic and external center of mass quantum state of the molecules. The lattice isolates the microscopic chemical reactions from each other, thereby allowing photoassociation spectra without collisional broadening even at high densities of up to 2 x 10(15) cm(-3).     

Dark resonances for ground-state transfer of molecular quantum gases

One possible way to produce ultra-cold, high-phase-space-density quantum gases of molecules in the rovibronic ground state is given by molecule association from quantum-degenerate atomic gases on a Feshbach resonance and subsequent coherent optical multi-photon transfer into the rovibronic ground state. In ultra-cold samples of Cs₂ molecules, we observe two-photon dark resonances that connect the intermediate rovibrational level |v=73,J=2〉 with the rovibrational ground state |v=0,J=0〉 of the singlet X ¹ Σ _g ⁺ ground-state potential. For precise dark resonance spectroscopy we exploit the fact that it is possible to efficiently populate the level |v=73,J=2〉 by two-photon transfer from the dissociation threshold with the stimulated Raman adiabatic passage (STIRAP) technique. We find that at least one of the two-photon resonances is sufficiently strong to allow future implementation of coherent STIRAP transfer of a molecular quantum gas to the rovibrational ground state |v=0,J=0〉.     

Measurement of coherence dynamics based on coherent anti-Stokes Raman scattering

Nanosecond time-resolved evolution of coherence between two nondegenerate ground levels has been investigated in Rb atomic vapor. Using STIRAP and fractional STIRAP, a time-dependent coherence is prepared and indirectly monitored by the generated coherent Raman scattering signal proportional to the coherence. The experimental data fit very well with numerical simulations. This technique have potential applications in nonlinear process based on atomic coherence.