基于绝热捷径技术的超快相干叠加态制备

发布时间：2020-04-15 23:00

【摘要】：相干叠加态是量子系统与经典系统最本质的区别,原子、分子等量子系统的相干叠加态在现代量子物理与技术中发挥至关重要的作用。与相干叠加有关的现象引起了相当大的关注,并且已经被应用在高灵敏磁力仪、相干布局捕获、量子纠缠、电磁感应透明、量子信息和计算等很多方面。相干叠加态制备的方法有很多,如受激拉曼绝热技术(STIRAP)、啁啾脉冲技术、π脉冲技术、分数受激拉曼绝热技术(f-STIRAP)等等。受激拉曼绝热技术(STIRAP)是制备相干叠加态最简单、最普遍的技术,因为绝热技术就不需要精确地控制场脉冲的面积。但是利用受激拉曼绝热技术可以实现完全的布局转移以及相干叠加态的制备等等,但是由于整个过程中系统的演化必须满足绝热条件,使得受激拉曼绝热过程时间较长,而这会影响到该技术在量子计算中的实际应用。为了既高效又快速地实现布局转移、相干叠加态的制备以及其它量子信息过程,本文提出了相干叠加态的快速制备。本论文主要介绍了在一个四能级∧系统中且在不满足绝热条件的情况下,将这个四能级系统简化成两个三能级系统,在这两个三能级系统中通过Loop-STIRSAP协议和Modified-STIRSAP协议两种方法来实现相干叠加态的制备。本论文主要分为五个部分:第一部分介绍了本论文研究的背景和基础理论知识,为了更好的解释相干叠加态的快速制备。第二部分介绍了光与物质相互作用的半经典理论,本文主要是在光与物质半经典理论下进行的。第三部分介绍了绝热捷径的基本理论及其在二能级和三能级系统中的应用,为本论文的主要内容做铺垫,为了更好的介绍本文的核心内容。第四部分主要介绍了在不满足绝热条件的情况下,四能级系统如何实现相干叠加态的快速制备,并研究了在Loop-STIRSAP协议中通过引入一个脉冲来消除非绝热耦合,从而实现相干叠加态的快速制备;在Modified-STIRSAP协议且在大失谐的情况下重新设计泵浦脉冲和斯托克斯脉冲来消除非绝热耦合来实现相干叠加态的快速制备。第五部分主要介绍了对全文的总结以及对相干叠加态快速制备研究工作的展望。
【图文】：

模型图,铯原子,三能级系统,塞曼能级

所有原子都处于基态，因此被称为相千布局捕获（ＣＰＴ）。我们选择一个逡逑系统来研究相干布局捕获［８，９］。逡逑如图１－１所示。这两个低能级的｜１〉和｜２〉代表两个塞曼能级，这两个塞曼能级逡逑是铯基态超精细能级Ｆ邋＝邋４和Ｆ邋＝邋３。能级表示尺２或Ｐ３／２态。假设这些能级是从逡逑其他态解耦的。激光只把基态和Ｐ态中的任意一个耦合起来。在基态内我们将能逡逑够通过适当的手段（例如应用磁场或具有相干辐射激发）将塞曼能级解耦，以便逡逑能够观察到这些能级的孤立对。逡逑１逡逑

序列,电磁感应透明,三能级原子

图１－２用于电磁感应透明的三能级原子系统。逡逑Ｆｉｇ．邋１－２邋ｔｈｒｅｅ－ｌｅｖｅｌ邋ａｔｏｍｉｃ邋ｓｙｓｔｅｍｓ邋ｆｏｒ邋ｅｌｅｃｔｒｏｍａｇｎｅｔｉａｌｌｙ邋ｉｎｄｕｃｅｄ邋ｔｒａｎｓｐａｒｅｎｃｙ邋．逡逑在一个三能级系统中，如图１－２。能级｜１）和｜２＞是被振幅为￡、频率为ｖ的探测逡逑场耦合，，我们主要研宄的是吸收和色散。能级｜２）和｜３＞被频率为％的强的控制场逡逑耦合，其Ｒａｂｉ频率为非对角ｐ２１，ｐ２３和ｐ１３的衰减率分别用＆，／２和厂来逡逑表示。这个密度矩阵元素／？２１，／？２３和／？１３的动力学方程则可以写成逡逑Ｐｌ＼邋＝￣（ｉ0）２ｌ邋＋／＼）Ｐａｂ逦＇Ｕ邋（Ｐ２２￣Ｐｎ）邋＋邋Ｔ＾１ｕｅ邋＇＾ｅ邋Ｖ，Ａｌ．逦（ｌ－７ａ）逡逑Ｉｎ逦１逡逑Ａｉ邋＝－（＾３１邋＋ｒ３）Ａｉ邋－＾ｒ＾ｅ＇，ｌ＞３２邋＋＾＾ｅ，ＶＰ２ｉ，逦（ｌ－７ｂ）逡逑２ｎ逦２逡逑么３邋＝＿（如２３邋＋／２）广２３逦ｅ邋，Ｖ邋（Ｐ２２邋￣Ｐｌｉ）＋邋＾邋ｅ，ＵＰｕ逦（１＿７Ｃ）逡逑其中ｆ）逦Ｑ逦夂ｅ—＇ｖ。＆决定低吸收和色散，逡逑Ｊｆｌ逦Ｒ２逦ａ＊逡逑也就是说我们只需要计算出最低序列在ｓ时。然而被能级｜２＞和｜３＞耦合的相干场是逡逑大的
【学位授予单位】：陕西师范大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：O413

【参考文献】