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《华中师范大学》 2016年
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量子态操控和光场强度关联的研究

饶识  
【摘要】:量子态操控是量子信息中一个热门话题,它的出现深刻地改变了信息制备和传输的传统模式,极大地推动了现代信息技术的发展。其中,量子态传递和量子引导关联是量子态操控中极有代表性的两种类型。量子态传递关注的是如何在两个不同器件间实现量子态的转移和分配,目前已经在光-原子系统、光力系统、光-量子点系统、超导系统等等不同的系统里讨论或是实现了不同的量子态传递方案,这些讨论为未来量子网络的建设和实现奠定了基础。另一方面,量子引导关联是一种非定域性量子态操作的能力。对于两个纠缠粒子,如果对其中一个粒子的量子态的定域性测量和操作可以非定域地影响另一个粒子的量子态,则称这种现象为量子引导关联。通过对量子引导关联的研究,我们可以更深刻地理解量子力学的基本性质,同时量子引导关联在量子隐形传态,量子密钥分配等量子信息领域也有重要的应用。在实际量子态操控的相关研究中,一个不可回避的问题是相互作用过程中库的耗散作用。特别是在量子态传递中,如何在传递过程中尽量降低环境噪音的影响以提高传递的效果一直是研究者们关注的焦点。与此同时,最近人们研究发现利用系统中等效库的耗散作用可以有效地建立量子关联。简单地说,如果一个粒子是与另外两个粒子的形式为Bogoliubov模的叠加模相耦合的话,这个粒子会给这个Bogoliubov叠加模施加耗散作用。利用这种耗散作用,另外两个粒子之间可以建立量子关联。本文的目的就是研究库耗散作用下如何较好地实现光力系统中的量子态传递以及在Bogoliubov耗散机制下的量子引导关联相关性质。首先,我们研究了两个相距较远不直接相互作用的薄膜之间如何通过两个相互耦合的腔场实现量子态传递。我们提出了三种方案,分别是双步传递方案、绝热通道方案和混合传递方案。双步传递方案会先将量子态从第一个薄膜传给一个系综腔场,然后再在第二步从这个系综腔场传给第二个薄膜。而绝热通道方案利用与腔场退耦合的力学暗模来实现量子态传递。第三种方案同时使用了力学暗模和力学亮模。三种方案中第一种所需时间最短而对腔场耗散最敏感;第二种所需时间最长而对热库给薄膜的耗散作用最敏感;第三种则综合了前两种方案的特点,当取中间条件时最优。接下来,我们研究了与二能级原子系综耦合的两个腔场之间的单向量子引导关联。这两个腔场由于原子作为等效库的耗散作用而耦合和纠缠在一起。我们发现只有当两个腔场的衰减系数不相等而合作参数也不太小的时候,才会出现单向量子操控。随着合作参数的增加,单向量子引导关联出现的参数区域和程度都会得到增强。以此为基础,我们分析了在绝热条件,非绝热条件和中间条件三种情况下,随着合作参数的增加单向量子引导关联的显现区域的变化规律。研究发现在绝热条件下和在非绝热条件下,随着合作参数的增加,最先显现单向量子引导关联的参数区域是不一样的。分析表明这种不同是跟原子的记忆效应有关的。我们还将我们的模型推广到亮光模型和集合场模型。最后,我们讨论了腔场电磁诱导透明系统中的两个腔场之间的交叉强度关联。我们发现在这个系统中,当原子泵浦场失谐量的取值从某个负值变成它相应的相反数时,交叉强度关联同样从负值变成正值。强度关联的这种跃变要求条件小,跃变点不依赖于合作参数。这可以用来实现量子光开关。而通过将原子视作等效库,我们找到了这种跃变发生的原因,主要是归结于原子对不同集合模的吸收放大作用的不同。同时我们还分析了腔场电磁诱导透明系统中的两个腔场的强度和与强度差压缩,得到了各自实现压缩的条件,并通过等效库的理论,解释了压缩背后的物理机制。
【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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