旋量玻色-爱因斯坦凝聚体中量子纠缠态的制备

发布时间：2020-06-05 23:30

【摘要】：在玻色-爱因斯坦统计提出之后的几十年内,由于有关原子,分子,光物理上理论和实验技术的长足进步,使得原子气体被有效冷却到几十到几百纳开尔文,并被囚禁在磁阱或光阱中才形成玻色凝聚体.自旋1的玻色-爱因斯坦凝聚体在单模近似下具有非常丰富的基态,当不考虑原子间磁偶极相互作用时,在大多数情况下平均场理论和全量子理论对体系基态的预言是一致的,但是在某些基态涨落非常大时,平均场失效,其所预言的基态发生自发对称性破缺;然而平均场理论在ρ0-θ相空间中给出了非常漂亮的非刚性单摆模型.当把磁偶极相互作用考虑进来后,平均场理论依然能够在自旋角动量空间给出自旋转动的非刚性单摆模型.多粒子纠缠的单重态是实验学家们一直想要得到的体系状态,我们在自旋1的反铁磁相互作用23Na旋量玻色-爱因斯坦凝聚体中提出利用自旋混合动力学多能级振荡的方法来快速制备高保真度的多体纠缠态,包括单重态和孪生双数态.将多能级振荡和绝热演化相结合使用的方法,不仅极大地缩短了演化时间而且放宽了二阶塞曼劈裂的调控精度,将原来理论上估计的等效磁场从微高斯提高到毫高斯量级.用这种方法产生的两种纠缠态的保真度都高于96%,并且即便是在有粒子数涨落和随机磁场噪声的情况下,广义压缩参数依然降到远低于标准量子极限,这说明我们的方法是非常可靠的.用这种方法产生的多粒子纠缠态可以在高精密测量中达到海森堡量子极限并且有可能解决量子信息中的非经典问题.在将原子间的磁偶极相互作用考虑进来后,我们在自旋1的铁磁相互作用87Rb旋量玻色-爱因斯坦凝聚体中利用三种方法将磁偶极相互作用的哈密顿量转变为了双轴压缩算符.进而仔细研究了环境磁场噪声对单轴和双轴压缩的影响,发现只有当噪声强度低于10-9高斯的情况下才不会对动力学压缩过程产生破坏作用.当利用嵌套的动力学解耦技术结合偏置磁场的方法后,将磁场噪声完全抑制,并且重新完全恢复了自旋压缩过程.我们的方法利用磁偶极相互作用比较容易地产生了压缩态,并且为量子测量达到海森堡极限提供了另一种可能性.
【图文】：

同 α 值情况下, 化学势对温度的一阶导函数随温度的变化情况. α = 3 (α = 2) 的黑色实线 维谐振子束缚阱的结果, α = 3/2 的黑色虚线代表三维方势阱的结果. [10].玻色 -爱因斯坦凝聚体的实现技术的快速发展为实验上产生和操控冷原子气体提供了强有力的工具 [16,17]. 聚体第一次在实验上被实现以来, 经过 20 余年理论和实验技术的飞速发展, 已素在实验室中形成玻色凝聚体, 并且凝聚体的相干时间也越来越长 [1 9]. 在这

原子在电场中吸收光子速率的分布函数[10].
【学位授予单位】：武汉大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：O413.1;O469

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本文编号：2698777