Tavis-Cummings模型中两纠缠原子纠缠的演化特性

研究了两个纠缠的两能级原子与单模粒子数场进行相互作用系统中两原子的纠缠演化.结果表明：两个原子之间的纠缠呈现出周期性的演化特性，初始两原子的状态、原子之间的偶极相互作用和粒子数场对腔中两个原子的纠缠有着显著的影响.发现适当选择原子的初态，两原子会永远处于最大纠缠态. 关键词： 量子纠缠 偶极-偶极相互作用 部分转置矩阵负本征值 纠缠原子     

超级里德伯原子间的稳态关联集体激发与量子纠缠

处于同一偶极阻塞区域的里德伯原子系综可以看作一个超级原子,如果它们被捕获在两个不同的光偶极阱中,那么每一个光偶极阱中的子原子系综可以看作为一个亚超级原子.由于这两个亚超级原子共享不超过一个激发的里德伯原子,所以它们会强烈地关联起来.本文研究这两个里德伯亚超级原子的稳态关联集体激发特性和量子纠缠行为.结果表明原子数目带来的影响非常明显:里德伯亚超级原子越大(包含原子数目越多),集体激发概率越大;最大纠缠只发生在等大的两个里德伯亚超级原子之间.通过增加原子数目,可以实现介观领域的量子纠缠,对量子-经典对应的研究以及量子信息处理有着重要的作用.     

里德伯电磁感应透明中的相位

本文在典型的里德伯电磁感应透明系统中研究弱探测场在相互作用原子系统中的传播特性,重点关注基于偶极阻塞效应的探测场相位的合作光学非线性行为.通过与探测场透射率和光子关联作对比,发现相位的光学响应具有新特性:共振和Autler-Townes劈裂条件下相位对入射场强和初始光子关联不敏感,而在两者之间的频率范围内相位响应具有非线性特征,尤其在经典光频率处最显著.此外,提高主量子数和原子密度都会促进相位的非线性效应.综上,与探测场透射率和光子关联一样,相位可以作为合作光学非线性的另一个标识来刻画非线性现象,对里德伯电磁感应透明研究是一个有力的补充.     

远程控制纠缠原子的偶极压缩

考虑初始处于EPR态的两个二能级原子A、B,将B原子注入处于真空态和单光子态的叠加态的腔中,演化一段时间后,对B原子进行选择性测量,通过选择合适的腔场初始叠加状态和演化时间,可控制原子A的偶极矩压缩效应.     

共同环境中三原子间纠缠演化特性研究

研究了三个二能级原子与共同热库发生相互作用的系统纠缠动力学演化. 采用三体负本征值来描述系统间纠缠, 通过数值计算分析了初始状态和原子间偶极-偶极相互作用对系统间纠缠演化的影响. 结果表明, 初始状态的原子相位可以控制量子干涉现象; 长时间演化下原子的激发态布居出现俘获现象; 通过调节偶极-偶极相互作用强度, 可以提升三原子间纠缠.     

基于共振里德伯偶极-偶极相互作用的双反阻塞机制及量子逻辑门的实现

里德伯原子由于具有较长的能级寿命和易于操控的特点已成为卓越的信息载体之一.近年来,关于里德伯原子性质的研究得到逐步的发展和完善,特别是基于里德伯原子间范德瓦耳斯力诱导的单能级里德伯阻塞和反阻塞效应.然而,随着原子间距离的改变,里德伯相互作用将导致更加复杂的动力学行为.本文主要研究在原子间距小于其特征长度的情况下,如何根据构建的里德伯反阻塞及双反阻塞机制一步实现两量子比特控制相位门和交换门,在此范围内的原子间相互作用将涉及多个能级的布居交换.数值模拟表明:里德伯阻塞与双反阻塞机制的解析和数值结果能够达到高度一致,理想情况下控制相位门和交换门的平均保真度分别为99.35%和99.67%,此结果对于抵抗高激发里德伯态的自发辐射具有一定的鲁棒性.希望本文的研究能够为里德伯原子系统中实现大规模容错量子计算提供必要的理论支持与实验依据.     

纠缠态原子偶极间互作用对量子态保真度的影响

研究了一对具有偶极－偶极相互作用的纠缠态原子与相干态光场的相互作用,考察了原了间偶极－偶极相互作用对体系中量子态保真度的影响。     

巨梯型四能级里德伯原子系统透射光谱性质的调控

采用超级原子模型研究了一个巨梯型四能级里德伯原子系统与一个弱光场和两个强控制场的相互作用.利用蒙特卡罗算法,通过数值求解海森伯-朗之万方程,讨论了系统的动力学演化,研究了偶极-偶极相互作用对探测场透射谱和二阶强度关联函数的影响.在有限温度下,利用洛伦兹分布函数代替麦克斯韦分布函数,得到解析的探测场极化率,讨论了强场的失...     

用相干态腔场控制纠缠原子的偶极压缩

考虑初始处于EPR态的两个二能级原子A、B,将B原子注入处于相干态的腔中,演化一段时问后,对B原子进行选择性测量.当相干态腔场的平均光子数足够大时,原子A可呈现偶极矩压缩效应.     

推广的Jaynes-Cummings模型中原子纠缠的时间演化和热纠缠态

利用共生纠缠度研究了一个推广Jaynes Cummings模型中两原子纠缠的时间演化和有限温度下系统热纠缠态. 结果表明，腔场中两原子展现出周期性的纠缠演化过程，演化周期随原子偶极 偶极相互作用强度的增大而减小；在有限温度下，系统的共生纠缠度随温度的升高而降低，当趋近临界温度时，系统纠缠现象消失，这一临界温度值与原子偶极-偶极相互作用强度成正比. 对于典型的实验数据，临界温度约在10-5K数量级. 此外，在这种Jaynes Cummings模型中存在量子相位转变. 关键词： Jaynes Cummings模型 原子纠缠态 热纠缠态 共生纠缠度 偶极 偶极相互作用     

Bohmian picture of Rydberg atoms

Unlike the previous theoretical results based on standard quantum mechanics that established the nearly elliptical shapes for the centre-of-mass motion in Rydberg atoms using numerical simulations, we show analytically that the Bohmian trajectories in Rydberg atoms are nearly elliptical.     

三体里德堡超级原子的关联动力学研究

因为寿命长,并且原子间相互作用容易操控,所以里德堡原子在量子信息与量子光学领域具有极大的吸引力.特别地,偶极阻塞效应成为执行很多量子信息处理任务的物理资源.本文基于严格的偶极阻塞效应,将捕获在三个磁光阱中的二能级里德堡原子系综看作超级原子,在此基础上研究原子数目可调控的三体里德堡超级原子的同相和反相动力学行为,同时实现W态和两种最大纠缠态的制备.本工作在量子操控和量子信息处理方面具有潜在的应用前景.     

Rydberg quantum computation with nuclear spins in two-electron neutral atoms

Alkaline-earth-like (AEL) atoms with two valence electrons and a nonzero nuclear spin can be excited to Rydberg state for quantum computing. Typical AEL ground states possess no hyperfine splitting, but unfortunately a GHz-scale splitting seems necessary for Rydberg excitation. Though strong magnetic fields can induce a GHz-scale splitting, weak fields are desirable to avoid noise in experiments. Here, we provide two solutions to this outstanding challenge with realistic data of well-studied AEL isotopes. In the first theory, the two nuclear spin qubit states |0〉 and |1〉 are excited to Rydberg states |r〉 with detuning Δ and 0, respectively, where a MHz-scale detuning Δ arises from a weak magnetic field on the order of 1 G. With a proper ratio between Δ and Ω, the qubit state |1〉 can be fully excited to the Rydberg state while |0〉 remains there. In the second theory, we show that by choosing appropriate intermediate states a two-photon Rydberg excitation can proceed with only one nuclear spin qubit state. The second theory is applicable whatever the magnitude of the magnetic field is. These theories bring a versatile means for quantum computation by combining the broad applicability of Rydberg blockade and the incomparable advantages of nuclear-spin quantum memory in two-electron neutral atoms.     

纠缠态原子与压缩真空场Raman 相互作用的量子信息保真度

利用全量子理论和数值计算方法研究了两个全同的纠缠二能级原子与压缩真空场Raman相互作用的量子信息保真度.结果表明,系统、原子和场的保真度随初始光场的压缩参数的增加而急剧减小,且与两原子体系的纠缠度和原子间偶极-偶极相互作用强度相关联.     

两二能级原子在共同环境下的量子关联动力学

通过精确求解带有偶极-偶极相互作用的两个二能级原子与一个共同热库相互作用模型, 得到了两原子间量子纠缠和量子失谐(quantum discord)的解析表达式. 综合考虑了环境的非马尔可夫效应、原子间的偶极-偶极相互作用以及原子的本征频率同腔模中心频率之间的失谐量对两原子间量子纠缠和quantum discord的影响. 研究显示: 在非马尔可夫机制下, 且原子的本征频率与腔模中心频率是共振时, 当两原子初态处于纠缠态时, 原子间偶极-偶极相互作用可以显著抑制包括量子纠缠和quantum discord等量子关联的衰减, 更特别的是, 如果原子的本征频率同腔模中心频率有一定的失谐时, 利用原子间偶极-偶极相互作用可大大地延长两原子退纠缠的时间; 当两原子初态处于可分离态时, 从短时间来看, 原子间偶极-偶极相互作用可以提高量子纠缠和quantum discord振荡的振幅,而在长时间极限下, 原子间偶极-偶极相互作用不会改变量子纠缠和quantum discord达到的稳定值. 最后, 讨论了原子间偶极-偶极相互作用对量子纠缠和quantum discord动力学不同的影响. 关键词： 量子纠缠 量子失谐 共同环境 偶极-偶极相互作用     

三能级原子与耦合腔相互作用系统中的纠缠特性

采用Negativity熵来度量两个子系统间的纠缠,利用数值计算方法研究了简并Λ型三能级原子和简并V型三能级原子与耦合腔共振相互作用系统中原子之间、腔场之间和原子与腔场间的纠缠特性.给出了系统初始激发数为1时系统态矢的演化公式;讨论了腔场间的耦合系数变化对纠缠特性的影响.研究结果表明:随腔场间的耦合系数增大,原子间的纠缠增强,腔场间的纠缠减弱.     

Transfer of entangled state, entanglement swapping and quantum information processing via the Rydberg blockade

We provide a scheme with which the transfer of the entangled state and the entanglement swapping can be realized in a system of neutral atoms via the Rydberg blockade. Our idea can be extended to teleport an unknown atomic state. According to the latest theoretical research of the Rydberg excitation and experimental reports of the Rydberg blockade effect in quantum information processing, we discuss the experimental feasibility of our scheme.