基于耗散的纠缠与压缩

发布时间：2018-11-05 10:01

【摘要】：量子压缩态和纠缠态是量子光学和激光物理中的重要概念,有助于理解量子力学基本问题,例如实在性、定域性、隐变量等,以及在高精度测量方面有广泛应用。且压缩态和纠缠态是紧密联系的,都是量子信息和量子通信中不可或缺的资源,可以用作量子编码、量子秘钥分配和量子态传递等等。基于相干演化,许多方案已被提出制备压缩和纠缠。但是,通过这种方式制备的压缩态和纠缠态很容易被破坏,因为它们很脆弱,对环境的耗散或者消相干十分敏感,且相干时间远远小于腔的本征时间。近来,另外一种机制,即Bogoliubov模耗散,被提出用来制备压缩和纠缠。一般情况下,耗散被认为在建立量子关联的过程中起消极作用,所以人们尽可能的减小耗散。然而,Bogoliubov模耗散与真空库或者热库耗散机制不同,一旦两个个体模合并成Bogoliubov模,且被人工库所耗散,那么这两个个体模演化进入了压缩态和纠缠态。本质上,Bogoliubov模耗散创造了一个双光子过程。本文就是基于诱导出Bogoliubov模的耗散来制备压缩态和纠缠态。论文创新工作包括以下几个方面：首先,我们提出了一个腔耗散方案来实现原子系综和振子的杂合模压缩和纠缠。这个方案是基于原子系统中的四波混频作用和光力系统中的辐射压作用,两种作用合起来导致了原子和振子以Bogoliubov模的形式与腔场作用,在绝热条件下,腔场耗散使得杂合的Bogoliubov模演化进入真空态,这对应着双模压缩和纠缠态。在Bogoliubov模作用条件和非Bogoliubov模作用条件两种情况下我们分别对杂合系统的参数依赖性作了分析。在以前的工作中,原子和腔场的下转换相互作用是缺失的,只有腔场与振子的下转换作用存在且是非共振情况。而在我们的方案中,原子和振子都与腔场存在下转换作用,且是共振相互作用。腔场起着耗散的作用,使得原子和振子进入压缩态和纠缠态。其次,我们探讨了腔中双色场与原子相互作用情况下原子吸收即耗散对场关联的影响。我们先考虑了一个二能级原子系综同具有不同频率和一定振幅的双色场相互作用,通过转移原子和场的非线性到缀饰原子中,我们分离出Bogoliubov模与缀饰原子的相互作用。Bogoliubov模的耗散建立了两个个体模的双光子过程,从而导致了双模压缩。作为一个扩展,我们考虑一个三能级Λ型原子与双重双色场的相互作用。我们提取了类Bogoliubov的四模作用形式,建立了由四个模相互作用构成的四边形双光子过程,从而导致了四模压缩。必须要说明用单色场和双色场分别与原子作用产生双光子的过程是截然不同的。对于双色情况,两个场同时耦合到一个原子跃迁来建立双光子过程,而对于单色来说,两个场分别耦合到两个级联的原子跃迁通道。且对于双色情况来说,最好的压缩虽被限制在50%,但是压缩几乎存在于整个区域,而对于级联跃迁的单色情况来说,尽管在特殊参数下压缩得到加强,但是压缩范围被大大的限制了。最后,我们呈现一个机制来产生双光力透明。这个机制是基于移动腔镜耦合到一个辅助的力学振子。在纯力学耦合和辐射压的共同作用下,探测光子激发进入腔模的通道变为了三个。在这个三个通道间的相消干涉发生在不同的频率处,导致了两个透明窗口的出现。且两个透明窗口的位置依赖于两个振子间的力学耦合强度。此外,产生的斯托克斯场发生简正模式分裂,四波混频过程在共振处完全被抑制。以前的工作中,两个振子同时与腔场作用且频率不同,双透明窗口才出现。而在我们的方案中,两个振子的频率可以相同,且两个透明窗口的位置可控。
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【学位授予单位】：华中师范大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：O431.2

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