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。     

耦合原子与腔场多光子相互作用过程中的量子信息传递

建立了"多耦合原子--腔"系统的多光子相互作用模型. 利用腔量子电动力学理论, 研究了原子与腔场相互作用过程中量子信息传递的特性, 分析了原子间耦合作用对量子信息传递的影响. 结果表明: 在一定的相互作用时间内, 量子信息可以在腔场与原子间可逆传递或保持, 原子间的偶极作用导致量子纠缠信息非完全传递和非完全保持.     

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.     

相干耦合腔场中量子纠缠信息交换传递机理研究

提出了相干多模腔场-相干耦合原子相互作用系统的物理模型.利用全量子理论,研究了该系统中多光子相互作用过程的演化性质,结果表明：在多模腔场与相干耦合多原子相互作用过程中,多光子纠缠态与多原子纠缠态可以周期性的相互转换,在此过程中,同时可以实现纠缠信息的交换传递.通过对原子保真度的数值计算,给出了纠缠信息交换传递的图示说明.并进一步揭示出纠缠信息交换传递的一般特征.目前所报道的研究结果仅是本文所得普遍性结果在各种不同情况下的特例.     

通过Raman相互作用制备三个腔场的W型纠缠相干态

通过对比分立变量量子信息过程和连续变量量子信息过程的差别,利用相干态比较容易获得的这个特点,提出一种方案制备三个腔场的W型纠缠相干态.方案基于Λ型三能级原子与单模腔场的简并Raman 相互作用.三个相同的腔初始分别处于相干态,三个相同的原子初始处于W型纠缠态,通过三个原子分别与三个腔的Raman相互作用、选择适当的相互作用时间并探测作用后的三个原子,三个腔场坍缩为W型纠缠相干态.在原子与腔的相互作用过程中原子不处于高能级,可以忽略原子的自发辐射,系统的相干性能够得到较好的维持.基于当前的腔量子电动力学技术,相信方案能在实验上实现.该方案制备的三个腔场W型纠缠相干态有望在连续变量量子信息过程中有重要的应用价值.文中将方案推广到制备n(n〉3)个腔场的W型纠缠相干态.     

通过Raman相互作用隐形传送未知多原子纠缠态

基于多粒子纠缠态在证明量子非定域性和量子信息处理方面的重要应用,提出一种方案隐形传送未知原子纠缠态.方案基于Λ型三能级原子与单模腔场的简并Raman相互作用.首先让n个原子相继通过一个相干腔场来制备量子通道.然后发送者让携带未知纠缠态的另n个原子相继通过相干腔场并通过对原子与腔场的探测作联合测量.当｜α｜1时,可以用探测正交态的方法探测腔场.最后接收者根据由经典通道得到的联合测量结果重构初始态.方案的特点是用一个相干态与多个原子的纠缠态作为量子通道,简单易行.该方案有望在证明量子非定域性和量子信息过程中有重要的应用价值.     

用腔场QED技术实现量子信息转移

提出了一种量子信息转移方案,它是基于两个耦合的二能级原子同时与单模腔场发生大失谐相互作用实现的.通过控制腔场与双原子的相互作用时间,量子信息可以从一个原子转移到另一个原子,或从单模腔场转移到双原子纠缠态上,而包含在欲转移量子态上的信息被完全檫除. 关键词： 大失谐Jaynes Cummings模型 量子信息转移 偶极 偶极相互作用     

利用依赖强度的非共振相互作用实现纠缠信息的完全交换

利用全量子理论,分析了多个原子-腔场构成的联合系统中原子与腔场依赖强度的非共振相互作用过程.结果表明:通过控制原子与腔场相互作用时间,并对原子状态进行测量,原子最大纠缠态与类奇偶相干态光场的最大纠缠态可以相互转换;对失谐量的限制,使得二者之间完全交换,进一步证明封闭系统中的演化是可逆的.     

二能级原子与相干态腔场相互作用过程中的纠缠交换

用量子信息学的观点，分析了发生在一个多个原子和腔场组成的系统中最大纠缠态在原子和多模类奇-偶相干态光场之间相互转移的物理过程，该系统中原子和腔场之间由依赖于强 度耦合的Jaynes-Cummings模型描述.结果发现：通过控制原子与腔场相互作用的时间，并 对原子的状态进行测量，原子的最大纠缠态可以转换为类奇-偶相干态光场的最大纠缠态，反之，纠缠的多模类奇-偶相干态光场也可以转换为原子的最大纠缠态. 关键词： 量子信息 腔量子电动力学 连续变量纠缠态 纠缠交换和传递     

利用Λ型原子与双模腔场的相互作用进行量子信息处理

利用Λ型三能级原子与一个两模腔场在两光子共振和单光子大失谐条件下的相互作用模型，给出了制备两个和三个远距离的腔场的纠缠态和如何实现一个量子比特的原子态的远距离转移、纠缠态的转移的方案；同时找到了一种不用进行Bell基测量而实现纠缠交换的方法；构造了实现量子交换门的操作.最后对实验的可行性进行了分析. 关键词： 量子信息处理 Λ型原子 双模腔场 相互作用     

利用双光子过程实现量子信息转移

提出了一个利用耦合双原子同时与大失谐的双光子Jaynes-Cummings模相互作用实现量子信息转移的方案.通过控制原子与腔场的相互作用时间及量子位的旋转操作角,可以实现原子与原子之间及原子与腔场之间的量子信息转移,而包含在欲转移量子态上的信息可被完全擦除. 关键词： 二能级原子 双光子Janeys-Cummings 模型 量子信息转移 偶极-偶极相互作用     

稀薄里德伯原子气体中的两体纠缠

量子纠缠是量子信息处理和量子计算中不可或缺的物理资源,制备稳定可操控的量子纠缠是研究的热点之一.里德伯原子具有不同于普通中性原子的特点,长寿命和原子之间强烈的偶极相互作用,使得它成为量子信息处理和量子计算的最优候选者.本文在稀薄里德伯原子气体中,构建了空间四面体排布的里德伯原子模型(空间等距的四个原子模型),通过数值求解主方程来研究两体纠缠和里德伯激发的稳态和瞬态动力学性质,发现偶极阻塞机制下的量子纠缠最大,其他满足反偶极阻塞条件的高阶激发引起的纠缠较小,进而从理论上分析了这两种机制下量子纠缠的物理实质.     

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.     

多原子-腔系统中的量子信息传递

提出了一个多原子-腔组成的物理系统,并讨论了发生在该系统中量子信息的交换和传递过程,结果发现:由最低两个Fock态｜０〉和｜1〉任意组成的光量子态腔场,当处于基态的原子以特定的速度通过腔时,原子都能带走腔中的量子态并据为己有;反之,由两能级原子的基态｜g〉和激发态｜e〉任意组成的量子态,当原子以特定的速度通过处于真空态的腔时,原子都能把携带的量子态释放于腔中,实现了腔-原子之间的信息交换.利用原子能够捡起、释放量子信息这一特点,进一步讨论了把原子作为运输工具实现腔-腔之间异地量子信息传递的物理过程.     

Quantum Fisher Information of Driven Multi-particle Systems in Structured Bosonic Reservoirs

We investigate the dynamics of the precision of the parameter estimation in many driven atoms, each of which interacts with a local structured bosonic reservoir respectively. The evolution of quantum states for single driven atom is described by the time local quantum master equation. The dynamics of the quantum Fisher information for many entangled atoms is obtained by means of the supreoperator mapping. The estimation limit is superior to the standard quantum limit during a characteristic interval. At a given time, the precision of parameter estimation can be improved to a maximal value if the number of entangled atoms is chosen to be an optimal value. The optimal number of entangled atoms is determined by the dynamical property. The decay of quantum Fisher information is accelerated with the increase of the number of entangled atoms.     

Investigations of information quantifiers for the Tavis–Cummings model

In this article, a system of two two-level atoms interacting with a single-mode quantized electromagnetic field in a lossless resonant cavity via a multi-photon transition is considered. The quantum Fisher information, negativity, classical Fisher information, and reduced von Neumann entropy for the two atoms are investigated. We found that the number of photon transitions plays an important role in the dynamics of different information quantifiers in the cases of two symmetric and two asymmetric atoms. Our results show that there is a close relationship between the different quantifiers. Also, the quantum and classical Fisher information can be useful for studying the properties of quantum states which are important in quantum optics and information.     

Generation of entanglement in the atom-cavity-fibre system via adiabatic passage

A scheme, based on the system composed of three atoms separately trapped in three cavities coupled by optical fibres, for entangling two distant atoms via the adiabatic passage is proposed. It is found that the multi-particle W entangled state can also be generated. Moreover, the quantum information sharing can be implemented using this system. These results may be helpful for the implementation of quantum network and useful in quantum cryptography. This scheme is also convenient for operating since only the laser fields applied to the atoms need to be adjusted to accomplish the processes.