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基于受激拉曼绝热技术的几何相位研究

张梅  
【摘要】:十几年前,受激拉曼绝热技术(STIRAP)就成为实现两个量子态粒子数完美转移的一项相干技术,这项技术的一个重要的特性是绝热地跟随暗态演化。因此,受原子的自发辐射影响较小,并具有很好的选择性和高效性。它的一项扩展技术是部分受激拉曼绝热技术(F-STIRAP),能够建立两基态的任意相干叠加。量子纠缠态和量子叠加态都可以利用这两项技术来实现。此外,自从Berry几何相位提出后,几何相位的研究就成为人们关注的焦点。由于几何相位具有几何拓扑性和整体性,因此几何相位在数学,物理和化学等很多研究领域都有重要的应用。尤其是具有容错性能的几何相位门的制备。基于受激拉曼绝热技术积累几何相位是制备几何相位门的一个可行方案,并被广泛地研究。图1(a)代表两个三能级Ladder模型原子相互作用系统的示意图,拉比频率为Ωp的泵浦光耦合能级1和2,拉比频率为Ω s的斯托克斯光耦合能级2和r;(b)图代表两个三能级Lambda模型原子相互作用系统的示意图,拉比频率为Ω p的泵浦光耦合能级1和r,拉比频率为Ω s的斯托克斯光耦合能级2和r;其中,V (R)是两原子相互作用的范德瓦耳斯力 我们主要的工作是讨论两种原子系统,即两个三能级Ladder模型原子相互作用系统和两个三能级Lambda模型原子相互作用系统。每个原子都与泵浦光脉冲和斯托克斯光脉冲相互作用。我们研究了这两种系统通过STIRAP技术和F-STIRAP技术实现的粒子数转移情况以及基于这两门技术积累(在暗态演化过程中)的几何相位。对于每个两体系统,与里德堡态有关的偶极-偶极相互作用使两个原子发生量子关联,不可分离。在这种情况下,我们求解出两原子的两体相互作用哈密顿,暗态以及暗态在演化过程中积累的几何相位,并采用上述光脉冲分别求出了基于STIRAP技术和F-STIRAP技术积累的相位解析式。通过模拟分析,我们发现积累的相位的解析模拟和数值模拟结果完全一致。而且值得注意的是:在所有参数相同的情况下,基于F-STIRAP积累的相位比基于STIRAP积累的相位大得多,大约相差七倍,这有利于快速实现几何相位门。接下来,我们提出两种制备几何相位门的方案,分别为两个时序相反的STIRAP过程和两个时序相反的F-STIRAP过程。我们可以看到,第二个方案对于快速实现几何相位门具有更大的优势,但是F-STIRAP过程脉冲不好控制,这成为制备几何相位门的一个障碍,此外,又提出一种先加F-STIRAP过程,后加STIRAP过程的组合方案,但是必须得对STIRAP过程的脉冲进行特殊处理才能实现。最后,本文又分别从系统本身、粒子数转移和几何相位的角度说明了两种原子系统存在的异同。


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