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.     

一种广义的J-C模型:相互作用场频率随时间变化

J-C模型描述了二能级原子与单模电磁场的相互作用.在研究光与物质相互作用问题中,J-C模型在理论和实验方面均受到了广泛的关注.在本工作中,我们考虑了一种广义的J-C模型,即相互作用光场频率随时间以正弦形式作小量变化的情形.通过数值求解相互作用系统的运动方程,研究了频率变化对原子布居数反转性质、相互作用场的压缩性质、关联性质以及原子的压缩性质的影响.例如:布居数反转的崩塌回复现象将减慢、光场的二级关联出现准周期性的震荡,而光场的压缩性质随时间的演化也明显不同于标准J-C模型的情况.同时,我们对这些新的现象作了定性的分析.     

场频率变化时原子与场的相互作用

讨论了场频率随时间变化时二能级原子与相干态光场的相互作用. 分析了两种典型的情况，即场频率随时间作正弦变化以及作脉冲变化的情况. 研究发现：当场频率随时间作正弦变化时，原子布居数反转的崩塌和回复现象将消失；当场频率随时间作脉冲变化时,布居数反转随时间的演化将诱发出新的崩塌和回复过程. 关键词： Jaynes-Cummings模型 布居数反转 拉比振荡     

多光子过程中相位退相干时两原子布局数反转

利用全量子理论的方法,研究了存在相位退相干时多光子T-C模型中两个二能级原子与二项式光场相互作用系统中两原子的布居数反转。讨论了相位退相干系数、二项式光场系数、最大光子数、跃迁光子数对原子布居数反转的影响。结果表明：相位退相干减少了原子布居数反转的振幅、破坏了原子的量子特性。改变跃迁光子数,可以改变原子间布居数反转演化周期及演化强度。当二项式光场的最大光子数增大时,原子布居差的崩塌-回复现象就会逐渐消失。相位退相干因子不变时, 二项式光场从相干态过渡到数态过程中,原子布居的振荡频率由大变小,周期性的崩塌与回复现象逐渐消失。     

存在内禀退相干时二项式光场中原子的布居数反转

在Milburn内禀退相干模型下,研究了二项式光场与二能级原子相互作用系统中原子的布居数反转,分析了内禀退相干,二项式光场系数和场的最大光子数对原子布居数反转的影响.结果表明,存在内禀退相干时,原子布居数反转出现明显的崩塌-回复现象,随着时间的演化,Rabi振荡的包络值将很快的崩塌到零,并且随着内禀退相干因子的减小,衰减加剧;当内禀退相干因子不变时,二项式光场从相干态过渡到中间态,以及由中间态到数态过程中,原子布居数反转出现明显的崩塌-回复现象,而且Rabi振荡的频率会明显加快;当二项式光场的最大光子数增大时,原子布居差的崩塌-回复现象就会逐渐消失.     

多光子过程中相位退相干时两原子布局数反转

利用全量子理论的方法,研究了存在相位退相干时多光子T-C模型中两个二能级原子与二项式光场相互作用系统中两原子的布居数反转。讨论了相位退相干系数、二项式光场系数、最大光子数、跃迁光子数对原子布居数反转的影响。结果表明：相位退相干减少了原子布居数反转的振幅、破坏了原子的量子特性。改变跃迁光子数,可以改变原子间布居数反转演化周期及演化强度。当二项式光场的最大光子数增大时,原子布居差的崩塌-回复现象就会逐渐消失。相位退相干因子不变时, 二项式光场从相干态过渡到数态过程中,原子布居的振荡频率由大变小,周期性的崩塌与回复现象逐渐消失。     

频率变化的压缩态光场与原子的相互作用

研究了频率随时间变化的压缩态光场与二能级原子的相互作用，主要讨论了光场频率随时间作正弦调制和脉冲调制两种典型情况下原子布居数反转随时间的演化特性.当光场频率随时间作正弦调制时，不仅光场频率调制，而且压缩态的压缩系数和压缩相位均对原子布居数反转的崩塌-回复过程有影响.当光场频率随时间作脉冲调制时，脉冲调制的突变使各拉比振荡之间的相干性发生改变，并在原子布居数反转随时间演化过程中诱导出新的崩塌-回复过程，尤其在脉冲出现的区间内，原子布居数反转表现出持续的小幅快速振荡，这与压缩态的压缩系数无关. 关键词： Jaynes-Cummings模型 压缩态 原子布居数反转     

非旋波近似下频率变化的场与原子的相互作用

研究了非旋波近似下频率随时间变化的相干态光场与二能级原子的相互作用，主要讨论了光场频率随时间作正弦和方波变化两种典型情况下，原子布居数反转随时间的演化特性. 当光场频率随时间作正弦变化时，原子布居数反转的崩塌-回复过程和由虚光子过程引起的快速振荡均会受到影响. 当光场频率随时间以方波形式变化时，脉冲调制不仅在原子布居数反转随时间演化过程中诱导出新的崩塌-回复过程，而且可以引起虚光子快速振荡的突变. 关键词： Jaynes-Cummings模型 非旋波近似 原子布居数反转     

辐射场的起伏对囚禁离子的量子相干性的影响

研究了囚禁离子与一随机相位的驻波场相互作用时的量子动力学行为,讨论了辐射场的起伏对囚禁离子的量子崩塌-回复特性的影响.对于相位扩散模型获得了这个问题的解析解.     

含高阶项Trapped离子振动态的崩塌-回复特性

解析分析了“捕陷”离子在驻波光场作用下的动力学。离子的量子平均能量随时间的变化呈现崩塌 -回复的特征 ,表明这个系统的振动态具有压缩效应。哈密顿量中的高阶项使得离子平均能量呈现不规则的崩塌 -回复 ,严重抑制离子的振动态的相干性。     

Position—dependent dynamics of a trapped ion in a standing wave laser

We have investigated the position-dependent dynamics of a trapped ion in a standing wave laser by transforming it to the Jaynes－Cummings-type system under the Lamb－Dicke limit. A variety of novel phenomena are exhibited, e.g. periodic collapse and revival features and long-time scaled revivals of the ionic inversion, depending on its position in the standing wave. Our result provides a way of producing a system equivalent to the two-photon Jaynes－Cummings model in the trapped ion system, with its exact periodicities.     

氢负离子在梯度电场中光剥离的波包动力学研究

利用含时微扰论和闭合轨道理论相结合的方法, 给出了氢负离子在梯度电场中自关联函数的计算公式, 并且对体系的自关联函数进行了计算和分析. 重点探讨了激光脉冲的宽度、梯度电场中背景电场强度及电场梯度对氢负离子体系的自关联函数的影响. 研究结果表明, 当激光脉冲的脉冲宽度较短, 远小于剥离电子的闭合轨道的周期时, 量子波包的回归现象显著, 自关联函数中会出现一系列比较明显的回归峰, 这是由于沿闭合轨道返回的电子波包和出射的电子波包之间产生干涉形成的. 但是随着激光脉冲宽度的增加, 量子波包的回归现象减弱. 当脉冲宽度和闭合轨道的周期相差不是很大时, 自关联函数中的回归峰逐渐变宽, 振荡渐趋平缓, 相邻的峰之间发生相互干涉, 从而导致对应关系消失. 除此之外, 我们还发现梯度电场中背景电场强度和电场梯度对体系的自关联函数也会发生显著的影响. 随着背景电场强度和电场梯度的增加, 剥离电子的闭合轨道的周期变短, 自关联函数中回归峰的个数逐渐增加, 量子回归现象增强. 因此, 我们可以通过改变脉冲的宽度、外加电场强度的大小对氢负离子发生光剥离的自关联函数进行调控. 我们的结果对于实验研究原子或离子体系在外场中的波包动力学性质可以提供一定的参考价值.     

SQUEEZING PROPERTIES OF A TRAPPED ION IN THE STANDING-WAVE LASER

We investigate the squeezing properties of a trapped ion in a standing-wave laser. Our results show that the squeezing of a trapped ion in the standing-wave laser is dependent on its position in the latter, the detuning parameter and the initial average phonon number.     

囚禁离子在大失谐双色驻波场中的崩塌-回复特性

讨论了囚禁离子与两驻波场相互作用时的量子相干性.在大失谐的条件下,离子的振动能量呈现崩塌-回复的相干性特征,表明离子的振动态具有压缩效应.无量纲压缩参数G3愈大,囚禁离子的振动态压缩效应愈显著.进一步增大参数G3,所能得到的最大压缩反而减小.     

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.     

Manipulating mixed state entanglement between a time-dependent field and a three-level trapped ion

In this paper, we extend earlier investigations (Q.C. Zhou, S.N. Zhu, Opt. Commun. 248 (2005) 437) on the pure state entanglement to the mixed state entanglement. In particular, analysis of the pattern of entanglement arising in the interaction between a three-level trapped ion with a time-dependent frequency interacting with a laser field is presented. By working out an exact analytic solution, we conclusively calculate the mixed state entanglement formula. Numerical calculations under current experimental conditions are carried out. Depending on the initial state of the system and in the presence of a time-dependent interaction, long surviving entanglement between the trapped ion and field can be obtained.