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《大连理工大学》 2006年
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腔QED体系中制备两原子纠缠态的理论研究

郭彦青  
【摘要】:二能级原子是量子比特(Qubit)的重要候选者,纠缠的二能级原子体系是实现量子信息存储、量子隐形传态等量子信息过程的重要资源。腔量子电动力学(QED)体系是制备多原子纠缠态的重要的工具,在量子信息过程中扮演重要角色。利用腔QED体系制备多原子纠缠态成为量子信息学研究的热点,这也是本选题的出发点和立论的依据。 本文着重于讨论利用腔QED体系制备两原子纠缠态的几种可能方案,并对所生成的纠缠的特性及方案的可行性进行评估。第1章以Ficek等人的工作为基础,介绍了利用腔QED体系制备原子纠缠态的基本理论,即多原子体系的相干集体激发模式和量子主方程,关于该方面的叙述是本文所有工作的基础。第2章至第6章分别从几个方面讨论了利用腔QED制备两原子纠缠态的可行性方案。具体地,第2章讨论了能级简并的单原子与腔场相互作用模型的退相干,发现双光子过程中原子能级简并延长了相干一退相干的周期,并使系统及原子线形熵可以超过0.5,而在以前的研究中,原子二能级非简并时线性熵不能超过0.5。;第3章讨论了热环境对非孤立腔QED体系中两二能级原子纠缠的影响,指出了热场对纠缠两原子的可能的积极作用,两原子与腔场耦合不相等时可以诱导出初态为|ee〉的两原子纠缠;第4章讨论了受激辐射下集体合作相互作用对两原子纠缠的有效影响,明确了利用受激辐射制备两原子纠缠的必要范围和参量条件,该相互作用也可以制备出初态为|ee〉的两原子纠缠:在第5章讨论了实时腔QED条件下,两原子纠缠对原子位置的依赖性,发现两原子纠缠振幅由两原子共振偶极-偶极相互作用(RDDI)与原子-腔场Rabi耦合的比值决定,即原子的位置决定了两原子纠缠振幅;最后,第6章拓展了Bose等人的远距离原子的纠缠方案,利用该方案,可以使用局域的激光场调控远距离原子间的纠缠并能在适当条件下生成两原子Bell态。 总体来说,利用腔QED制备两原子纠缠态既具有特定的优势又存在相当的挑战。一方面,由于腔QED的特性,可以方便地利用量子化的激光场微调控原子间的有效相互作用,从而使原子间建立可靠的纠缠:另一方面,原子不可避免的自发衰变和腔场的泄漏将使得纠缠的可靠性下降,甚至在一定的时间后完全退相干和退纠缠(如第2章的讨论),体系与热环境的相互作用则会增强耗散效应。本文的研究结果表明,除了可以利用原子问受激辐射(第4章)以及偶极-偶极(第5章)等相互作用来削弱耗散对纠缠的不利影响外,还可以利用热环境(第3章)和腔耗散(第6章)协助制备原子间纠缠。这些结果保证了利用腔QED制备原子纠缠态的可靠性和可行性。
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