光场-原子BEC相互作用系统的量子相关性质

运用全量子理论,在Bogoliubov近似下研究了光场与二能级原子玻色-爱因斯坦凝聚体(BEC)相互作用系统的量子相关性质,结果表明:光场和原子玻色-爱因斯坦凝聚体在相互作用过程中,其量子相关性质保持不变.     

虚光场对双模SU(1,1)相干态光场与原子玻色-爱因斯坦凝聚体相互作用系统中量子纠缠的影响

在双模SU(1,1)相干态光场和原子玻色-爱因斯坦凝聚体相互作用系统中, 应用全量子理论, 在非旋波近似下, 分别利用量子约化熵和量子相对熵, 研究了双模SU(1,1)相干态光场与原子玻色-爱因斯坦凝聚体间的量子纠缠和双模光场的模间纠缠, 讨论了虚光场、原子-场的耦合常数和光场参数对场-凝聚体原子纠缠和光场模间纠缠的影响.     

走近量子纠缠系列之二 玻尔和爱因斯坦之争

<正>现在,让我们再回到玻尔和爱因斯坦有关量子理论的争论——以下简称为"玻爱之争"。两人都是伟大的物理学家,对量子理论的发展都做出了杰出的贡献。分别因为解决光电效应问题和量子化原子模型而获得1921年、1922年的诺贝尔物理学奖。爱因斯坦和玻尔的争论主要是有关量子力学的理论基础及哲学思想方面。实际上,也正因为这两位大师的不断论战,量子力学才在辩论中发展成熟起来。爱因斯坦一直对量子论及玻尔一派的解释持怀疑态度,他提     

光场诱导的原子激光的量子相干性

基于伞量子理论,分别研究了几种重要的光场作用下,从原子玻色-爱因斯坦凝聚(BEC)体耦合输出的原子激光的量子相干特性.结果表明,粒子数态光场诱导的原子激光总是反聚束的,相干态光场诱导的原子激光是任意阶相干的,而压缩相干态光场诱导的原子激光总是聚束的.表明用光场诱导产生的原子激光具有与初始光场完全相间的量子相干性质.     

玻色-爱因斯坦凝聚原子与Schrodinger猫态相互作用系统中的保真度

利用全量子理论及量子信息保真度理论,研究了薛定谔猫态光场与玻色爱因斯坦凝聚原子相互作用系统中,量子态保真度随时间的演化特性.讨论了光场强度和玻色爱因斯坦凝聚原子间的耦合强度对量子态保真度的影响.结果表明:光场强度可调制量子态的保真效果,而原子间的耦合常数主要影响量子态保真度的振荡频率.     

超冷原子光学与高精密原子测量仪

量子和原子光学是从传统光学中迅速发展起来的一门新的科学分支.通过对光的量子本质及其与原子相互作用过程的研究,该领域已逐步掌握了光与原子相互控制的技术.一些新的方向,比如量子测量与量子计算,激光冷却和操纵原子,超冷原子与玻色爱因斯坦凝聚等相继诞生.在这个报告中,我将对量子与原子光学当前国际发展动态以及我们近来的研究工作作一个详细的介绍.重点将包括该领域在以下几个方面的最新进展:     

微原子波导口的量子反射

随着冷原子物理研究的不断深入发展,一个新的应用方向--集成原子光学研究正在兴起.在集成原子光学中,微波导的设计是其关键.理论上,要求微原子波导不仅能相干传输物质波,而且也能相干输出物质波.近来我们对玻色-爱因斯坦凝聚体(BEC)在微波导中的传输进行了详细的研究,发现BEC通过微原子波导口输出时出现了非常有趣的量子反射现象.这种量子反射与BEC波包的形状以及微波导口的性质有关.通过详细的数值模拟及理论分析,我们发现微波导口对原子孤子波包的量子反射效应最小.通过求解BEC的非线性G-P方程,以及结合对微波导口的物理模型的构造,我们已从物理本质上对微波导口处相干物质波的量子反射有了深入的理解.在此基础上,我们建议引入新的物理机制来克服微波导口的量子反射.这一研究结果对集成原子光学及微原子波导的设计有实际指导意义.     

V型三能级原子玻色-爱因斯坦凝聚体与双模压缩光场相互作用系统中光场的量子相关性质

研究了V型三能级原子的玻色-爱因斯坦凝聚体(BEC)与双模压缩态光场相互作用系统中光场的量子相关特性。结果表明：双模压缩态光场在与原子玻色-爱因斯坦相互作用过程中，其量子相关性质保持不变，完全决定于初始光场。     

玻色-爱因斯坦凝聚体的相干寿命的光学操控及其应用

原子玻色-爱因斯坦凝聚体(BEC)所展现出的宏观量子相干性在非线性原子光学、集成原子光学,以及高精密原子测量仪器,比如原子干涉仪,原子陀螺仪,原子钟等方面有着潜在的应用.然而,当前实验室中所实现的玻色-爱因斯坦凝聚体由于存在环境及内禀消相干机制,如三体重组合碰撞等,其相干寿命仅仅在几秒到几分钟的范围.     

玻色-爱因斯坦凝聚原子与Schrodinger猫态相互作用系统中的保真度

利用全量子理论及量子信息保真度理论,研究了薛定谔猫态光场与玻色爱因斯坦凝聚原子相互作用系统中,量子态保真度随时间的演化特性.讨论了光场强度和玻色爱因斯坦凝聚原子间的耦合强度对量子态保真度的影响.结果表明：光场强度可调制量子态的保真效果,而原子间的耦合常数主要影响量子态保真度的振荡频率.     

第十届全国量子光学学术报告会在福建省武夷山市召开

20 0 2年 8月 15日至 8月 18日 ,第十届全国量子光学学术报告会在风景秀丽的福建省武夷山市召开。本届会议由中国物理学会量子光学专业委员会主办 ,福建师范大学物理系承办。来自全国各地的中国科学院直属院所及高等院校等四十一个单位的 12 6位专家、学者和研究生参加了这次会议 ,是历届参会人数最多的一次。会议有 12个特邀报告 :1.“原子自发辐射的非马尔科夫理论” ;2 .“超冷原子光学与高精密原子测量仪” ;3.“玻色———爱因斯坦凝聚在上海光机所” ;4 .“高效率高安全度连续变量量子保密通讯” ;5 .“区分纠缠与可分离量子态的矩阵…     

非平衡态统计力学研究的最新进展

 统计力学是从物质的微观结构出发,即从组成物质的原子、分子等微观粒子的运动及相互作用出发,去研究物质宏观性质的一门科学。统计力学的发展至今已经有150年的历史,对应平衡态的统计力学,我们从经典的麦克斯韦-玻尔兹曼统计开始,发展到了吉布斯的系综统计理论,平衡态统计力学已形成了一门异常完美的科学体系。以费米-狄拉克统计和玻色-爱因斯坦统计为主的量子统计理论、相变和临界现象的标度理论(以重整化群理论为核心)是平衡态统计力学分支上结成的丰硕果实。总之,撇开统计力学的基础问题(如遍历性和不可逆性起源)不谈,对平衡态的经典系统和量子系统,我们都已经可以从微观统计意义上至臻完善地进行描述。在此基础上发展出来的应用已遍布物理、化学、生命、材料等几乎所有科学和工程领域。     

超冷原子物理学与原子光学(续)

2 .2　超冷原子气体的玻色—爱因斯坦凝聚(ＢＥＣ)玻色—爱因斯坦凝聚是一种相变 ,其特点是宏观数量的粒子处于同一量子态 .有关这一物理现象的较详细的讨论 ,读者可参阅笔者有关的评述文章[16 ] .(1 )ＢＥＣ的提出和有关研究的历史发展1 92 4年印度的物理学家Ｓ .Ｎ .玻色在其论文“普朗克定律和光量子假说”中提出了一种新的统计方法 ,他将论文寄给了爱因斯坦 .爱因斯坦认识到该论文的重要意义 ,将其从英文译成德文并加上评注后寄给《物理学期刊》发表[17] .爱因斯坦接着在同年及次年初接连发表了二篇文章[18] (“单原子理想气体的量子理…     

泡利和电子自旋

 1925年前后原子物理学所处的状况,海森堡(W.Heisenberg)曾作过生动的比喻,他说:“1924至1925年冬,在原子物理学方面,我们显然到了一个浓雾密布,但是已露出了一线阳光的领域.并且,振奋人心的新前景正在我们面前展现出来.”从1913年玻尔(N.Bohr)提出氢原子理论以来,历经坎坷.到1925年,玻尔和他的同事们取得了许多关键性胜利,使原子量子化的理论,终于基本确立.     

量子阱、超晶格结构的线性电光效应研究进展

本文综合比较了各种用以解释量子阱、超晶格结构线性电光效应(LEO)的理论和模型,如:EFT理论,GBC理论,HBF模型等;并按三种量子阱结构:阱区和势垒层具有一种相同原子的I型量子阱(CA QWs)、阱区和势垒层不具有相同原子的I型量子阱(NCA QWs)以及II型量子阱,给出了具体的量子阱超晶格结构线性电光效应的研究现状;最后总结了目前硅基量子阱、超晶格LEO的一些研究结果,并分析指出了对其作进一步研究的发展方向。     

量子阱、超晶格结构的线性电光效应研究进展

本文综合比较了各种用以解释量子阱、超晶格结构线性电光效应(LEO)的理论和模型,如:EFT理论,GBC理论,HBF模型等;并按三种量子阱结构:阱区和势垒层具有一种相同原子的I型量子阱(CA QWs)、阱区和势垒层不具有相同原子的I型量子阱(NCA QWs)以及II型量子阱,给出了具体的量子阱超晶格结构线性电光效应的研究现状;最后总结了目前硅基量子阱、超晶格LEO的一些研究结果,并分析指出了对其作进一步研究的发展方向。     

虚光场效应对原子激光压缩性质的影响

在压缩真空态光场和二能级原子玻色-爱因斯坦凝聚体相互作用系统中, 应用全量子理论, 分别在旋波近似和非旋波近似下, 研究了原子激光的压缩特性以及原子本征频率、光场-原子的耦合系数、光场初始压缩因子以及虚光场对原子激光压缩特性的影响. 研究表明,原子激光的两个正交分量均可被周期性压缩,原子的本征频率决定了原子激光两个正交分量涨落的量子Rabi频率,光场与原子的耦合系数决定了原子激光正交分量涨落的崩塌-回复振荡频率,当光场初始压缩因子增大和考虑虚光场效应时,原子激光正交分量的压缩深度均加深. 关键词： 玻色-爱因斯坦凝聚 压缩真空态 原子激光 虚光场效应     

能够突破标准量子极限的原子双数态的制备研究

所有经典的双模(两路径)干涉仪的相位测量精度都受限于1/N/(1/2)(其中N为参与干涉测量的总粒子数),这一极限被称为经典极限或标准量子极限.量子计量学最重要的目标之一是探索如何通过量子纠缠实现超越经典极限的测量精度.双数态是一种能突破经典极限的纠缠态,它由数目相等、不可区分的自旋朝上和朝下(双模)玻色粒子组成.通过光学自发参量下转换或囚禁离子内态的操控手段已实现了不到十个光子或离子的双数态.利用玻色-爱因斯坦凝聚体中原子的自旋混合过程,近年来也能产生多达几千个原子的双数态.但是这样制备的双数态的总粒子数的随机涨落过大,限制了它们的实际应用潜力.最近,我们通过调控原子凝聚体中的量子相变,实现了超过一万个原子的双数态的确定性制备.本文简要综述这一研究进展.     

平面自旋压缩态的产生与原子干涉的机理

在玻色-爱因斯坦凝聚体中实现自旋压缩和量子纠缠, 对于提高原子干涉测量相位灵敏度和原子钟精度有着非常重要的意义. 基于一种新的平面自旋分量的不确定性关系, 介绍了如何利用两分量玻色-爱因斯坦凝聚系统中原子间相互作用提供的非线性效应和原子内部能级间线性耦合, 实现量子平面自旋压缩(挤压)和模式纠缠. 描述了一项关于平面压缩态的理论工作, 该工作利用哈密顿量的精确对角化求解系统基态, 优化非线性作用和线性耦合强度比值, 使得包含平均自旋方向在内的两个正交自旋分量的不确定度同时压缩, 因此在平面上所有相位角度的涨落都受到压制, 而在与该平面垂直的第三个自旋分量方向反压缩. 利用传统自旋压缩判定纠缠, 只能判断多个不可分辨的原子处于纠缠态, 而平面自旋压缩可以检测两个可区分模式(比如, 原子内态)间的纠缠, 从而在不同模式间进行量子信息处理. 同时, 为实现超越标准量子极限的原子干涉相位精密测量, 传统方式是利用单个自旋分量压缩, 但需要对待测相位角度有很好的估计, 或者可以进行多次测量以逐渐逼近可获得的最大压缩极限, 这就要求量子态可以被精确的重复制备. 而利用平面自旋压缩, 对任意未知相位角度只需要测量两个垂直自旋分量就可以实现高的相位测量灵敏度.     

Ξ型三能级原子玻色-爱因斯坦凝聚体单模光场系统中双模原子激光的压缩性质

研究了Ξ型三能级原子玻色-爱因斯坦凝聚体单模光场系统中双模原子激光的压缩性质.结果表明:双模原子激光能被周期性压缩,并且具有量子Rabi振荡和崩塌-回复现象两种形式的振荡.最大压缩深度和崩塌-回复振荡频率主要依赖于光场与原子间相互作用强度,量子Rabi振荡频率主要由光场圆频率决定.