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光场与二能级原子相互作用系统的纠缠特性和保真度

苏少龙  
【摘要】:量子光学是利用量子理论来探究光辐射的产生、相干统计性质、传输、检测以及光与物质相互作用中的一门基础学科。其中对场与物质相互作用的量子态保真度和纠缠特性的探究一直备受学者们的关注,经典态和非经典态场与二能级原子相互作用系统中的量子态保真度和量子纠缠的演变规律,也同样是量子光学探究领域中非常具有探究价值的课题之一。本文主要考察了多个二能级原子与不同光场态相互作用系统中的量子态保真度和量子纠缠的演化性质。本研究包含了以下四方面内容: 第一章阐述了共生纠缠度和保真度的基本概念,并简要介绍了非经典场态。 第二章探究了初始时刻处在Greenberger-Horne-Zeilinger(GHZ)态的三个二能级原子与二项式光场相互作用系统的量子纠缠性质,对二项式态场的最大光子数、系数参量对系统纠缠特性的影响进行了讨论。结果表明:当光场处在相干态和数态时,两原子间的最大纠缠值和平均纠缠值都比较小。当光场处在中间态时,共生纠缠度、平均共生纠缠度和线性熵的振荡幅度都随时间逐渐衰减,最后都形成平稳的高频率振荡;当光场最大光子数不断增大时,纠缠振荡衰减的时间越长,系统最终能够处在一个纠缠值较高且平稳的纠缠值。当光场从相干态到数态的演化过程中,腔内两原子的线性熵的周期性演变的规律逐渐被破坏;而对腔外原子探测后,腔内两原子的共生纠缠度和线性熵时间演化特性随光场系数的增大逐渐呈现周期性。 第三章根据量子信息保真度理论,探究了数态光场与初始时刻处在GHZ态的多个二能级原子相互作用系统中量子态保真度的演变规律。对系统中的原子和场取迹后不同量子态保真度的变化规律,场的初始光子数对系统中不同量子态保真度的影响进行了探讨。发现了场的初始光子数对系统取迹后不同量子态保真度有显著的影响。结果显示:系统、三个原子、光场、腔内两原子和场相互作用系统和腔内两原子的保真度随时间呈现出不同的周期性振荡;当光子数不变时,系统和三个原子的量子态完全失真次数较多;两原子的量子态的传输性能较好;另外随着初始光子数增大,量子态保真度随时间振荡频率越剧烈。 第四章通过计算系统保真度探究了数态光场与初始时刻处在激发态的两个二能级原子相互作用系统中纠缠的性质,对光场的失谐量、光场的光子数和对原子操作后对系统保真度的影响进行了探讨。结果表明:不对原子进行操作时,初始时刻信息完全不失真,并且可以通过控制场和原子的失谐量和光场的光子数来操控系统保真度的峰值、周期性和振荡频率。当对原子进行操作时,初始时刻信息就出现失真现象,而且可以通过操控经典场来实现对系统保真度的调控。


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