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《苏州大学》 2003年
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激光驻波场中原子的动力学行为和量子态的隐形传送

方建兴  
【摘要】: 本文主要讨论了原子在辐射光压力作用下的冷却与囚禁的基本理论。通过量子纠缠的非局域性,提出了实现任意二粒子和三粒子量子态的隐形传送的方案。 激光冷却与囚禁是基于原子与激光场相互作用,原子与光场之间产生了能量与动量交换,原子在辐射光压力的作用下,其运动速度被降低,从而达到冷却与囚禁原子的目的。本文利用半经典理论,从二能级原子在激光驻波场中所满足的运动方程出发,推导出密度矩阵元所满足的递推关系,利用矩阵连分数方法求解出密度矩阵元,从而求出依赖于原子运动速度的光压力与动量扩散系数,通过讨论原子在激光场中的动力学行为,为原子在激光场中被囚禁、形成原子列阵以及可控制的量子态,从而为量子信息处理提供理论基础。 研究结果表明,当选择负失谐时,原子将受到来自激光场的阻滞力,在它的作用下,原子沿激光束方向的运动速度大大减小,温度降低,表现为冷却效应。当激光场强度比较弱时,作用在原子上的力为洛仑兹型,随着激光强度的增加,依赖于速度的零阶力在零速度附近方向发生了反转,出现了扭结现象。力的高阶谐波项随着激光强度的增加而增大,而且偶次高阶项的作用与零阶项的作用相同,奇次项的作用与此相反。虽然在激光强度较强时力的奇、偶高阶项的整体作用往往大部分相互抵消,但与弱场时高阶谐波项的作用可以忽略存在很大差异。如果通过激光冷却能使原子速度降至很小甚至为零,光压力的作用将使原子被较稳定地囚禁于激光驻波场的节点和反节点处,其稳定程度取决于该处光压力曲线负斜率的大小、对应势能的势阱深度以及动量扩散系数的大小,因此,如何在实验中合理选择激光强度、失谐量等显得尤为关键。 量子纠缠作为多粒子叠加的基本物理问题,在新兴的量子信息领域有着重要的应用前景,其显著的应用就是未知量子态的隐形传送。本文从量子纠缠的非局域性的讨论出发,给出了两体纠缠的四个正交完备基及其测量方法,从未知量子态的隐形传送的基本原理出发,讨论了三粒子任意量子态的隐形传送过程,并讨论了推广到多粒子任意量子态的隐形传送的可能性。从基本的量子逻辑门讨论出发,对单粒子、二粒子 摘要激光驻波场中原子的动力学行为和量子态的隐形传送 任意量子态的隐形传送过程建立了量子逻辑电路,为量子态隐形传送过程的实现提供 理论依据。 实现量子态隐形传送主要包括三个步骤:即EPR纠缠源的制备,对欲传送的粒子 与EPR态中的一个粒子实施联合Bell基测量,以及对EPR态中的第二个粒子执行么 正变换。本文提出了三粒子任意量子态的隐形传送方案,当发送者(Alice)对她所拥 有的粒子进行三次联合Bell基测量并将结果通过经典通道告诉接收者(Bob),Bob对其 拥有的粒子进行相应的么正变换,即可重建初始量子态,而成功实现量子态隐形传送 的概率与量子通道的形式有关,若选取最大纠缠对,成功实现量子态隐形传送的概率 为1,既确定性隐形传送;若选取非最大纠缠对时,成功实现量子态隐形传送的概率取 决于三个非最大纠缠对中的三个较小系数,即概率性隐形传送。由于环境的影响以及 量子系统的退相干,非最大纠缠具有普遍性,因此概率性隐形传送更具有实用意义。
【学位授予单位】:苏州大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2003
【分类号】:O562

【引证文献】
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【参考文献】
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【共引文献】
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