原子在弱相干场光纤耦合腔系统中的纠缠特性

研究由两个相同的二能级原子分别处于用单模光纤耦合的两弱相干光场系统的共生纠缠特性, 通过数值计算研究了光纤模-腔模与原子-腔模的耦合强度比、弱相干光场的强度和两光场相对相位差等因素对系统纠缠演化的影响. 结果表明: 两腔中的两原子之间、两光场之间和每个腔中的原子与光场之间的纠缠随时间呈现周期或准周期性演化, 两腔场之间的纠缠与腔中的两原子的纠缠可以相互转换, 与两原子之间和两光场之间的纠缠相比, 每个腔中光场与原子之间的纠缠随时间变化的周期缩短. 光纤模-腔模与原子-腔模的耦合强度比与两腔中光场相位差对系统纠缠的影响很大, 较小的光纤模-腔模与原子-腔模的耦合强度之比可以获得较大的系统纠缠度. 关键词： 弱相干场 光纤耦合腔 耦合强度 量子纠缠     

弱相干场原子-腔-光纤系统中的量子失协

采用几何量子失协度量两个子系统间的关联,利用数值计算方法研究了原子-腔-光纤复合系统中两个原子之间和两个腔场之间的几何量子失协.讨论了腔场与光纤模间的耦合系数和弱相干场强度变化对几何量子失协的影响.研究结果表明:两原子之间和两腔场之间的几何量子失协均随时间作周期性演化,其演化频率随腔场与光纤模间的耦合系数增大而增大.另一方面,随弱相干场强度增大,两原子间和两腔场间的几何量子失协增大.这表明随弱相干场强度增大两原子间或两腔场间的关联增强.     

Kerr相互作用下量子相干性分布和量子信息流动

本文针对Kerr相互作用下系统中量子相干性的动力学分布进行了研究.所讨论系统包含两个没有相互作用的原子,每个原子都被囚禁在各自的光腔中,同时光腔被充满了非线性Kerr介质.研究发现非线性Kerr相互作用能够增加两原子间的量子相干性,而且增大的幅度会随着Kerr相互作用强度的增加而得以提高.其次,借助迹距离的方法,还探讨了非线性Kerr相互作用对于原子与光腔之间的量子信息流动的影响,发现Kerr相互作用可以加快量子信息回流到原子子系统中,抑制原子子系统与其余子系统间的量子信息交换,阻碍量子信息在系统中不同子系统间的流动,从而保护原子子系统中拥有的量子信息.     

Λ型和V型三能级原子与耦合腔相互作用系统中场的量子特性

研究了能级结构分别为Λ型三能级和V型三能级结构的两个原子和通过光纤耦合的由双模腔构成的复合系统中光场的压缩效应、二阶相干度和亚泊松分布等量子特性。利用数值计算方法讨论了光纤模与腔场间的耦合强度对量子特性的影响。研究结果表明:双模光场不呈现压缩效应,但呈现出反关联和亚泊松分布的量子特性;随着光纤模与腔场间耦合强度的增强,亚泊松分布减弱。     

微腔中单量子点的激光输出特性研究

研究一个四能级量子点耦合到单模光学腔中的量子系统,利用系统的主方程作数值模拟计算微腔中单量子点的激光输出强度随非相干泵浦的变化关系.结果显示量子点在泵浦作用下激光的输出有一个阈值;且量子点和腔模耦合强度增强时,产生激光的阈值明显减小,输出激光的峰值却增大.当泵浦作用继续增强到一定程度,因激光能级间的相干性被过强的非相干泵浦所破坏,单量子点激光输出变为零----出现了淬灭现象.     

与热库耦合的光学腔内三原子间的纠缠动力学

研究了与热库耦合的光学腔中三个相互作用的二能级原子间的纠缠动力学.采用拉普拉斯变换和下限共生等方法,通过数值计算,分析了原子间三体纠缠的演化以及腔场与热库间的两体纠缠演化,讨论了各耦合参数对系统纠缠演化的影响.研究结果表明:原子间纠缠在短时间内随着原子间耦合强度的增加而增加,随原子与腔场耦合强度的增加而减小,在长时极限下趋于一稳定值;体系的非马尔科夫性由原子与腔场的耦合强度以及热库的谱宽度共同决定,当热库与腔场为强耦合时,原子与腔场组成的系统遵循非马尔科夫动力学,此时随着热库谱宽的增加,原子系统由非马尔科夫性变为马尔科夫性,随着谱宽的继续增加,原子与腔场组成的系统遵循马尔科夫动力学,原子系统又表现出非马尔科夫性;调整腔场与热库的失谐可以有效抑制热库耗散对纠缠衰减的影响.     

Λ型和V型三能级原子与耦合腔相互作用系统中的纠缠特性

研究了由一个Λ型三能级原子、一个V型三能级原子和光纤连接的双模腔构成的系统,给出了系统态矢的演化. 采用部分转置密度矩阵的负本征值来描述两个子系统间的纠缠,利用数值计算方法研究了原子与原子之间和腔场与腔场之间的纠缠特性. 讨论了光纤模与腔场间的耦合强度对纠缠特性的影响. 研究结果表明:随光纤模与腔场间的耦合强度增强,原子间的纠缠和腔场间的纠缠均增强. 关键词： 量子光学 原子-腔-光纤复合系统 三能级原子 量子纠缠     

级联环境下两量子比特Bell非定域性和量子相干动力学

本文基于与各自的级联环境相互耦合的两量子比特系统,详细讨论了弱、强耦合体系下量子比特与腔之间的耦合强度κ以及腔频率与库的中心频率之间的失谐量δ对Bell非定域性和量子相干动力学的影响。结果表明：在两种耦合体系中,均存在Bell非定域性猝死现象,且Bell非定域性的存活时间或量值随κ和δ的改变而改变。相比之下,量子相干展现了塌缩、复苏等行为,复苏的峰值随κ和δ的增大而增大。此外,我们进一步考察了量子弱测量和测量反转操作对Bell非定域性和量子相干的有效调制作用,获得一些有意义的结果。     

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.     

可恢复相干性中心自旋模型结构设计及精确动力学

中心自旋不可避免地与周围核自旋发生相互作用,发生退相干,这也是量子信息和量子计算领域长久以来面临的严峻挑战之一。我们提出了一种可以完美且长久保持中心自旋量子位相干性的结构,该结构由一个自旋-1/2中心自旋通过XXZ型超精细相互作用耦合上一个由非均匀耦合相互作用的自旋链构成,其在中心自旋为叠加态、浴自旋为反铁磁态为初态及浴内为较强耦合的情况下,中心自旋可近似维持原有相干性,进一步去除xy方向超精细耦合,可完美保持相干性。中心自旋作量子位,将此结构应用于量子计算,或可实现无损耗量子计算。我们用浴自旋模拟环境,应用基于XX链中自旋算符矩阵元解析表示的运动方程方法,系统地研究了环境对于中心自旋退相干动力学的影响,着重研究了浴自旋间非均匀耦合影响下的中心自旋相干因子的动力学特性。在从最小到最大调控浴自旋间非均匀耦合过程中,中心自旋相干动力学大致呈现出了六个阶段,展现了丰富的量子动力学特性,并为日后研究中心自旋动力学提供了两个重要参考标志：相干因子的长时平均值的极值可以作为区分不同相的标志;相干因子长时演化的平衡可以作为竞争平衡中耦合关系对等或之间的倍数关系的标志。     

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。     

等同双原子Jaynes-Cummings模型的量子特性及系统光谱

在全量子理论的背景下提出两个二能级原子分别与一单模腔场相互作用的系统模型,利用量子主方程和数值模拟计算等方法,研究该体系中腔场平均光子数、Mandel's Q因子及二阶量子相关度在非稳态时的变化规律。此外,对体系中原子及腔场中光谱结构进行了分析。结果表明:减小腔场耗散系数,增大原子间耦合系数,体系量子特性愈加明显。体系光谱呈现出Mollow三重峰结构,且原子辐射谱强度远大于腔场辐射谱强度。当原子跃迁频率与腔场跃迁频率为近共振时,Mollow峰值为三峰中最大值。此外,增大原子与腔场间耦合系数,可增大原子光谱的中峰强度;而增大腔场光谱的中峰强度,则需减小原子与腔场间耦合系数。     

多模腔场与耦合原子之间量子纠缠信息的传递规律

提出了多个“耦合双原子-腔-多模光场”相互作用系统的集合模型,发现了该物理系统中量子纠缠信息的传递规律.即：处于基态的原子以特定速度通过处于纠缠态的腔场时,原子能够将光场的纠缠信息据为已有;反之,纠缠原子以特定速度通过真空场时,原子能把纠缠信息释放于腔中,这样便实现了腔-原子之间纠缠信息的交换传递.利用原子能够捡起、释放量子纠缠信息的特点,进一步实现腔-腔之间异地量子纠缠信息的传递.在不同条件下,量子纠缠信息还可以保持.     

Adjustable quantum coherence effects in a hybrid optomechanical system

We propose a system for achieving some adjustable quantum coherence effects, including the normal-mode splitting(NMS), the optomechanically induced transparency(OMIT), and the optomechanically induced absorption(OMIA). In this system, two tunnel-coupled optomechanical cavities are each driven by a coupling field and coupled to an atomic ensemble.Besides, one of the cavities is also injected with a probe field. When the system works under different conditions, we can obtain the NMS, the OMIT, and the OMIA, respectively. These effects can be flexibly adjusted by the tunnel coupling between the two cavities, the power of the coupling lasers, and the coupling strength between the atomic ensembles and the cavity fields. Furthermore, we can realize the OMIT even if the oscillating mirrors have relatively larger decay rates.     

Tripartite entanglement of atoms trapped in coupled cavities via quantum Zeno dynamics

A scheme is proposed for the generation of a W state for three atoms trapped in spatially separated cavities connected by optical fibers via quantum Zeno dynamics. Our scheme is based on the resulting effective dynamics induced by continuous coupling between the atoms and cavities. The effects of decoherence such as atomic spontaneous emission and the fiber and cavity losses are considered. Numerical results show that the scheme is very robust against the cavity decay due to a tiny excitation probability of the cavity fields during the operation.     

腔场初始态对两量子比特空间退相干的影响

研究了两个二能级原子与一个单模腔场的相互作用中,腔场的不同初始态对原子间相对位置退相干的影响。从描述原子间相对位置状态的约化密度矩阵出发,假设原子间相对位置为两个高斯波包的叠加态,讨论了当腔场初始态分别为热态、Fock态和压缩态情况下,原子与光场的相互作用对两原子间相对位置相干性的影响。发现腔场的初始态不同,原子间相对位置的退相干情况有所不同。当腔场初始态为热态或Fock态时,原子间相对位置的相干性会周期性的衰减和回复,而当腔场初始态为压缩态时,原子间相对位置会出现部分退相干,且退相干程度与原子间相对位置的大小成余弦变化关系。     

The Influences of the Selective Atomic Measurement on Entanglement Properties in the System of Three Atoms Trapped in Two Distant Cavities Connected by an Optical Fiber

Three two-level atoms are trapped in two initially empty cavities connected by an optical fiber. The entanglement evolution between two atoms in the same cavity and the entanglement evolution between two cavities are investigated. The influence of the state-selective measurement of the atom trapped in the other cavity on the entanglement and that of fiber-cavity coupling coefficient on the entanglement are discussed. The results obtained show that atom-atom entanglement property is strengthened, and cavity-cavity entanglement property is weakened with increasing of the cavity-fiber coupling coefficient. On the other hand, the results also show that the entanglement between two cavities and that between two atoms in the same cavity can be strengthened through the state-selective measurement on the atom trapped in the other cavity.