耗散腔光力系统的纠缠与振子非高斯非经典态的制备

发布时间：2020-10-09 13:42

　　量子纠缠是量子力学最显著的特征之一,是量子信息处理的基本资源。当前,腔光力学是量子光学的前沿研究领域,腔光力学研究对象是辐射场与微机械振子耦合体系。利用腔光力系统不仅可以研究宏观物体的量子特性,而且可以实现基于宏观体系的量子信息处理。此外,利用光力耦合可以实现利用光场对机械振子的量子调控或者利用振子实现对光场的量子操控。本文主要研究耗散型腔光力系统的光场与振子的纠缠特性,并利用减光子操作实现振子的非高斯非经典量子态。首先,我们研究了耗散腔光力系统的光场与机械振子间的纠缠特性。耗散腔光力系统中腔场的耗散系数随振子位置的改变,从而形成振子与腔场间的光力耦合。利用系统的哈密顿量,我们推导出耗散腔光力系统的所满足的线性朗之万方程,并由系统的运动方程求出体系的关联矩阵,来讨论耗散型腔光力系统腔内光场与机械振子耦合的纠缠特性。我们发现:耗散型腔光力系统在蓝失谐和坏腔的条件下,腔内光场与振子之间可以产生强的纠缠,它不同于色散型腔光力系统的性质,后者只在红失谐且好腔情况下才会产生相对较弱的腔场与振子间的纠缠。这是因为在蓝失谐条件下,对于耗散型腔光力系统,即使光力耦合强度GK在很大时也能满足稳定性条件,从而可以产生较大的腔场与振子间的纠缠,而色散型腔光力系统光力耦合强度Gω很小时系统才满足稳定条件,其产生的纠缠也相对较弱。其次,我们还讨论了在耗散型腔光力系统中光腔输出场与机械振子间的量子纠缠。通过滤波函数选取具有一定线宽和中心频率的特定输出场,讨论其与振子间的纠缠。通过与腔内场相比较发现此时在蓝失谐和红失谐区域,即使光力耦合强度Gκ比较小的情况下都可以产生较明显的输出场与振子间的纠缠;在腔内只有在蓝失谐下,且光力耦合强度Gκ很大时,才产生较大的纠缠。最后,本文还研究了在耗散型腔光力系统中通过对输出光场作减光子操作从而获得机械振子的非高斯非经典的量子态。利用振子条件态的Wigner函数来讨论其量子态的非经典性,我们发现在一定的参数下,Wigner函数有负值出现,说明所得到的振子量子态呈现非高斯非经典性。
【学位单位】：华中师范大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：O413.1;O431.2
【部分图文】：

纯色,振子,光腔,失谐

图２．１光腔与机械振子的纯色散（纯耗散）耦合产生的关联纠缠，在取不同的耦合系数时失谐△变化情况，分别对应图（ａ）和（ｂ）。其中耗散的情况下的色散的情况下＝０．００１％，其他参数取值相同为：＇＝０．００１％，＾邋＝０逡逑本章节根据腔光力系统的纠缠公式用计算机进行数值分析和作图，研究腔光场与机械振子间的纯耗散耦合导致的关联纠缠，并与相对应的纯色散耦合导１１逡逑

变化情况图,纯色,耦合系数,光腔

ＭＡＳＴｌ：Ｒ＇Ｓ＇ｌｉｌｌ：Ｓ｜Ｓ逡逑的关联纠缠进行对比。图２．１展示了给定光力耦合系数ＧＪＧＪ在不同的取值下，逡逑腔内光场与机械振子的纯耗散（纯色散）耦合导致的关联纠缠随失谐Ａ变化情况。逡逑图（ａ）从左往右看可以发现：纯耗散（６＾＝０）耦合导致的关联纠缠随着失谐的减小，逡逑呈现先增加后减小的趋势，在（Ａ？－？ｍ／２）达到最大值。从下往上容易观察到：逡逑随着纯耗散光力耦合系数的NB增大，纠缠也随之提高，同时出现纠缠的区域在逡逑减小。在（＾＝１＝１０％时，纠缠达到最大值，然而继续增加的值，稳定的纠逡逑缠就不存在了。这主要是由于稳定性条件所决定的。图２．１（ｂ）中展示了光腔与机逡逑械振子间纯色散（（＾＝０）耦合导致的纠缠也是随着色散光力耦合系数的增大而提逡逑１．０－１——■——Ｉ——＇——！——■——Ｉ——■——Ｉ——■——逡逑；＼逦ＧＫ＝°－ｌｆｆｌｍ邋＇逡逑０．８－逦：逦－逦ＧＫ＝１．０（0ｍ邋－逡逑？｜逦＼逦＼逦ＧＫ＝５－°？ｍ逦■逡逑０．６－逦＼逦Ｇ＾ｌＯ．Ｏｍ＾邋．逡逑＾邋＇邋１邋＼邋＼逦＇逡逑ＣＯ逡逑０．４－逦－逡逑？邋＼逦＿逡逑逦逦逡逑00逦－１邋丨．７￣￣＿；：二￣｜￣—？逦■丨逦ｔ逦逦逦？—＿＝逡逑０逦２０逦４０逦６０逦８０逦１００逡逑（ａ）耗散逡逑Ｉ逦ｉ逦１逦Ｉ逦１逦Ｉ逦■逦Ｉ逦１逡逑0６逦Ｇｒａ＝０．００００１ｃａｍ逡逑—Ｇｒａ＝０．０００１ａ）ｍ逡逑Ｇａ＝０．０００５ｃ0ｍ逦■逡逑0．４邋－逦—Ｇ＾Ｏ－００１＾邋［＿逡逑０．２邋－逦－逡逑■逡逑

耗散腔光力系统的纠缠与振子非高斯非经典态的制备

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