内禀退相干下薛定谔猫态光场与原子相互作用系统的场熵演化

通过求解系统的Milburn方程,研究了二能级原子与薛定谔猫态光场相互作用系统中的场熵演化特性.讨论了内禀退相干,光场强度,相干态间的相位角对场熵演化的影响.结果表明: 内禀退相干下,随着时间的演化,场熵振荡逐渐减弱,光场与原子的纠缠度逐渐趋于恒值.并且光场与原子的最大纠缠度值只取决光场强度和相干态间的相位角,与内禀退相干因子无关.光场强度较小时,奇相干态光场与原子的纠缠度最大;偶相干态光场与原子的纠缠度值为最小;Yurke-Stoler相干态光场与原子的纠缠度值介于两者之间. 当内禀退相干因子不变、光场强度较大时,分别处于Yurke-Stoler相干态、偶相干态和奇相干态的光场与原子的纠缠度值趋近于相同.     

内禀退相干下薛定谔猫态光场与原子相互作用系统的场熵演化

通过求解系统的Milburn方程,研究了二能级原子与薛定谔猫态光场相互作用系统中的场熵演化特性.讨论了内禀退相干,光场强度,相干态间的相位角对场熵演化的影响.结果表明: 内禀退相干下,随着时间的演化,场熵振荡逐渐减弱,光场与原子的纠缠度逐渐趋于恒值.并且光场与原子的最大纠缠度值只取决光场强度和相干态间的相位角,与内禀退相干因子无关.光场强度较小时,奇相干态光场与原子的纠缠度最大;偶相干态光场与原子的纠缠度值为最小;Yurke-Stoler相干态光场与原子的纠缠度值介于两者之间. 当内禀退相干因子不变、光场强度较大时,分别处于Yurke-Stoler相干态、偶相干态和奇相干态的光场与原子的纠缠度值趋近于相同.     

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.     

运动纠缠双原子与薛定谔猫态光场相互作用系统的场熵演化

利用全量子理论,研究了运动纠缠双原子与薛定谔猫态光场相互作用系统的场熵演化特性,讨论了光场强弱、相干态间的相位角、原子的运动和场模结构参数对系统场熵的影响.结果表明：原子运动导致场熵演化具有周期性;当场强较弱时,奇相干态光场与运动原子的纠缠度最大,而偶相干态光场与运动原子的纠缠度最小, Yurke-Stoler相干态光场与运动原子的纠缠度值介于中间;当场强足够大时,分别处于Yurke-Stoler相干态,奇相干态和偶相干态的光场与运动原子的纠缠度相等,场熵演化特性相同;随着原子运动速度的增大或场模结构参数的增大,场熵的演化周期缩短,并且场与原子的纠缠度逐渐减弱.     

双模相干光场与原子依赖强度耦合双光子过程的纠缠演化

分别应用量子约化熵和量子相对熵研究了双模相干光场与原子依赖强度耦合双光子过程中原子与光场之间及光场的双模之间纠缠演化.结果表明,通过选择系统初态参数、控制原子与光场的作用时间,可以调控原子与光场间的纠缠和光场的模间纠缠.可增加或减弱双模相干光场间纠缠,但无法使双模相干光场完全退纠缠.强场条件下,可周期性获得光场与原子的EPR态和可分离态.     

双模相干光场与原子依赖强度耦合双光子过程的纠缠演化

分别应用量子约化熵和量子相对熵研究了双模相干光场与原子依赖强度耦合双光子过程中原子与光场之间及光场的模之间纠缠演化.结果表明,通过选择系统初态参数、控制原子与光场的作用时间,可以调控原子与光场间的纠缠和光场的模间纠缠.可增加或减弱双模相干光场间纠缠,但无法使双模相干光场完全退纠缠.强场条件下,可周期性获得光场与原子的EPR态和可分离态.     

EIT介质中光场噪声特性研究

在原子相干效应条件下，场与原子之间的相干耦合过程不仅导致原子能态发生相干叠加，同时也会使与之作用场的光场特性发生变化。我们对电磁感应透明（EIT）介质中量子化光场的噪声谱特性进行了研究，实验和理论结果均表明，在光场与原子发生相干作用过程中，由于EIT过程的吸收减小，色散增强效应，导致作用场的位相噪声被转化为输出场的强度噪声，因而使输出场的强度噪声由三部分所决定，输入光场的强度噪声、位相噪声以及由原子而引入的额外噪声。并分析了噪声随探测光失谐、分析频率等的变化关系以及总噪声谱不对称的原因，实验与理论结果定性吻合。     

双模纠缠相干光场与Bell态原子相互作用系统的光场压缩效应

运用求解Schrdinger方程和数值计算方法,研究了处于Bell态的两个全同二能级纠缠原子与双模纠缠相干光场相互作用系统的光场压缩特性,分析了双模纠缠相干光场的纠缠程度、双模纠缠相干光场的初始平均光子数对光场压缩性质的影响,以及两纠缠原子的相互作用强度对光场压缩性质的影响.结果表明:若初始时刻原子处在Bell态|β11〉,则不出现光场的压缩效应,而处在另外三种Bell态时,在一定的条件下均可呈现光场的压缩效应.光场压缩效应不仅与初始光场的平均光子数以及原子的初态有关而且与双模纠缠相干光场的纠缠程度有关,但与两纠缠原子的相互作用强度的大小没有明显的关系.     

反Jaynes-Cummings模型下纠缠相干光场量子特性的研究

一个二能级原子在经典场的驱动下与单模光场相互作用,在强经典驱动和大失谐的情况下,原子与光场的相互作用可以化为有效的反Jaynes-Cummings模型.在该模型下主要研究了双模纠缠相干光场中的一束与受强经典场驱动的二能级原子相互作用,在演化过程中,对原子作选择性测量,即通过操纵参加相互作用光场的作用时间以及选择适当的光场参数,可以在较长的时间范围和较大的相干参数范围内很好地控制未参加相互作用的相干光场的量子统计特性,得到预期的非经典光场. 关键词： 量子光学 反Jaynes-Cummings模型 反聚束效应 压缩效应     

运动纠缠双原子与压缩相干态光场相互作用系统的场熵演化

利用全量子理论,研究了运动纠缠双原子与压缩相干态光场相互作用系统的场熵演化特性,讨论了相干态振幅参量、光场压缩参量、原子的运动和场模结构参数对系统场熵的影响.结果表明:(1)原子运动导致场熵演化具有周期性.(2)随着相干态振幅参量的增大,原子与光场的纠缠度逐渐减小;而随着压缩参量的增大,原子与光场的纠缠度逐渐增大.(3)随着原子运动速度的增大或场模结构参数的增大,场熵的演化周期缩短,并且场与原子的纠缠度逐渐减小.     

Quantum noise property in coherent atomic system

The coherent superposition of atomic states leads to the characteristic change of interacting lights because of the coupling between the lights and atoms. In this paper, the noise spectrum of the quantified light interacting with the atoms is studied under the condition of electromagnetically induced transparency (EIT). It is shown that the noise spectrum displays a double M-shape noise profile resulted from the conversion of phase noise of probe beam. A squeezing of 0.3 dB can be observed at the detuning of probe light at the proper parameters of atoms and coupling beam.     

利用多光子相互作用实现量子信息传递

利用全量子理论,研究了多原子-腔场系统中多光子相互作用的过程,给出了不同情况下系统的一般演化式,发现利用此过程可实现量子纠缠信息的传递:只要控制腔场与原子相互作用的时间即原子以特定速度通过腔场时,处于基态的原子与存储纠缠信息的腔场相互作用的结果使原子获得量子纠缠信息;相反,纠缠原子中的量子纠缠信息也可传递给处于真空态的腔场;基态原子作为"飞行的量子比特"还可将量子纠缠信息从一个腔场传递到另一个腔场。该结论适应于讨论任意多个原子-腔场系统中任意多个光子相互作用的普遍情形。     

射频场控制的磁子能级中单色激光吸收抑制

理论上研究了射频场作用下多塞曼能级系统中单色激光的吸收抑制现象.一束单色线偏振或者椭圆偏振的激光作用于铷原子两能级间,线或椭圆偏振矢量方向与磁场方向垂直.在磁场中冷铷原子能级发生分裂,通过一个射频场将这些磁子能级耦合起来.当扫描射频场频率时,计算表明原子对单色光的吸收谱中出现了透射峰,类似于电磁诱导透明现象,光吸收减弱,光场透射增强.对于线性偏振或者椭圆偏振的单色光均能得到透射增强的结果 .这种现象完全不同于通常光泵磁共振实验中射频场与磁子能级谐振时光被吸收最多的现象.这种扫描射频场频率时单色光的透射增强现象来自于磁子能级间的相干效应.计算表明在扫描射频场频率时单色光吸收谱中出现的透射峰与射频场的拉比频率和椭圆偏振光的左旋和右旋圆偏振成分相关.这种射频场控制的单色光透射增强效应在磁场测量,光信息处理等领域有潜在的应用价值.     

射频场控制的磁子能级中单色激光吸收抑制

理论上研究了射频场作用下多塞曼能级系统中单色激光的吸收抑制现象.一束单色线偏振或者椭圆偏振的激光作用于铷原子两能级间,线或椭圆偏振矢量方向与磁场方向垂直.在磁场中冷铷原子能级发生分裂,通过一个射频场将这些磁子能级耦合起来.当扫描射频场频率时,计算表明原子对单色光的吸收谱中出现了透射峰,类似于电磁诱导透明现象,光吸收减弱,光场透射增强.对于线性偏振或者椭圆偏振的单色光均能得到透射增强的结果.这种现象完全不同于通常光泵磁共振实验中射频场与磁子能级谐振时光被吸收最多的现象.这种扫描射频场频率时单色光的透射增强现象来自于磁子能级间的相干效应.计算表明在扫描射频场频率时单色光吸收谱中出现的透射峰与射频场的拉比频率和椭圆偏振光的左旋和右旋圆偏振成分相关.这种射频场控制的单色光透射增强效应在磁场测量,光信息处理等领域有潜在的应用价值.     

Kerr介质中双光子T-C模型光场的量子特性

研究了存在Kerr介质时，耦合双原子与单模压缩真空场双光子跃迁相互作用系统光场的量子特性，讨论了Kerr介质和原子间偶极-偶极相互作用对光场量子特性的影响. 结果表明：当Kerr效应和偶极-偶极相互作用可以忽略时，光场U2分量的涨落能被周期性地压缩，随着Kerr效应和偶极-偶极相互作用的增强，光场的压缩逐渐变浅，压缩次数减少；Kerr效应和偶极-偶极相互作用的影响使光场的二阶相干度时间演化曲线呈现周期性的崩塌-回复现象，但不论耦合强度如何，光子总是呈现聚束效应. 关键词： Kerr介质 压缩真空场 耦合双原子 光场的量子特性     

Transmission of Quantum Fisher Information through Fluctuating Quantum Fields

Transmission of quantum Fisher information (QFI) of initially disentangled parties is studied and the results show that the indirect correlations generated by the environment, which is considered as a bath of fluctuating quantum fields, will help transmit the quantum information. Specifically, using N initially disentangled atoms—one in an excited state carried by one party (the sender, Alice) and the other in the ground state carried by the other parties (the receivers: Bob1, Bob2,…, Bob(N?1)), the phase factor of the state of another atom held by Alice can be transmitted from Alice to Bob with proper time. The transmitted QFI of the phase factor for each receiver has been calculated as a function of the transmitted distance as well as the measurement time and is found to be in relation with the concurrence of the pair of atoms that the sender and the receiver carry. For each transmitted distance, there exists an optimal measurement time to obtain the maximal transmitted QFI, which is in relation with the total number of receivers.     

非阿贝尔腔量子电动力学模型下偏振光场的影响

通过使用场正交算符,而不是传统的玻色算符,研究了非阿贝尔腔量子电动力学(QED)模型中原子和偏振光场的相互作用。讨论了初始双模偏振光场对于原子布居数反转以及偏振光场的压缩特性的影响。结果表明,原子布居数反转的演化不仅与偏振椭圆的相位角有关,也与偏振椭圆的椭率角有关;只有当偏振椭圆是右旋圆偏振光时,原子布居数反转随时间的演化基本不变,趋近于初始值0,而当偏振椭圆是左旋圆偏振光时,原子布居数反转随时间的演化呈现周期性的崩塌复苏变化。另外,当初始光场是左旋圆偏振光时,光场可以出现周期性的压缩;而当初始光场是右旋圆偏振光时,光场的压缩不会持续出现。     

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     

Quantum information processing in optical images

Optical images can be used to transport, store and process information in a parallel way. We discuss different results obtained in the domain of ‘quantum imaging’, aiming at exploiting at the same time the quantum properties of optical images and their intrinsic parallelism. We define the notion of standard quantum limit (SQL) in optical resolution, set by the quantum noise of usual coherent light, and show that it can be much lower than the diffraction limit. We also prove that this limit can be circumvented by especially designed nonclassical and multimode light. We present an experiment showing that OPOs oscillating inside an exactly confocal cavity actually produce such transverse multimode nonclassical light. We finally describe another experiment which has surpassed the SQL in the case of beam positioning, both in the 1D and 2D cases.     

高精细度法布里-珀罗光学微腔及其在强耦合腔量子电动力学中的应用

强耦合腔量子电动力学(cavity quantum electrodynamics,简称C-QED)系统主要用于研究受限于空间中的光与物质相互作用的物理现象。该系统为深入认识原子与光子间相互作用的动力学行为提供了有力工具。高精细度法布里-珀罗光学微腔(Fabry-Perot cavity, F-P腔)作为强耦合C-QED系统的核心部分,是实现光与物质间的强耦合、探索极端条件下光与物质间的相互作用、精确操控原子以及灵敏探测相关过程等的基础。简要介绍了高精细度F-P腔及其在强耦合C-QED中的应用,包括研究背景、现状及发展动态,并就未来的发展和应用进行了展望。