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近共振驱动系统中噪声压缩与量子纠缠的研究

张雪华  
【摘要】:共振荧光是量子光学和激光物理的核心内容,是探索光本质过程中的起着基石作用。共振荧光光场的正交相位分量具有非经典压缩性,这为压缩光的制备提供了一个有效且易于实现的途径。共振荧光正交相位分量压缩是在不违背测不准原理的情况下其量子起伏小于散粒噪声,使得压缩光在光通讯上得到广泛应用。近年来量子信息学迅速发展,量子纠缠作为量子信息处理的基础资源引起了研究者的足够重视。量子纠缠是指复合系统中的两体或者多体之间的非定域的强量子关联,是量子信息存贮和传输的基本资源。而非高斯纠缠源在量子提和连续变量的量子计算中是必不可少的。其振荧光是典型的非高斯光源,在荧光场中获得非高斯纠缠对量子通讯的发展有着重大意义。 1.三色相位依赖的共振荧光边频压缩 利用量子回归定理,拉普拉斯变换和多色谐振展开的计算给出了三色驱动的二能级原子共振荧光的噪声谱。研究表明即使在边频分量相对于中心分量是很弱的情况下,噪声谱对边频相对于中心频的相对相位和有很强的依赖性。当相对相位和为π时,荧光场的同向正交分量压缩出现在对称的边频±Ω(Ω=(?))处;相对相位和取为0,则压缩遭到破坏。驱动场的中心频强驱动成分(Ω0》|Ω1,2|)引起的斯塔克分裂诱导了边频(ω0±Ω)的双光子辐射。于此同时,驱动场的弱调制成分也导致了该边频处的双光子辐射。故压缩出现在噪声谱的边频位置。 2.集合共振荧光的边频纠缠 强场驱动的二能级集合原子的共振荧光Mollow谱的边频和中心频能够很好的分离,我们把每个边频当做一个光场研究其相互间的关联。由于共振荧光的光子数满足非高斯光子分布,所以共振荧光是非高斯光,判断其边频纠缠的存在需要使用高阶判据。根据Shchukin和Vogel提出的部分转置负定性判据,我们采用四阶判据验证了集合原子共振荧光的两个边频是纠缠的。纠缠源于在系统的自发参数过程中建立的非经典的量子关联。 3.原子记忆效应引起的高频EPR纠缠 当原子的弛豫时间比腔场的弛豫时间长或者两者可以相比时,原子记忆效应发生作用。我们研究了由N个双Λ型四能级原子组成的混频系统中的一对斯托克斯(Stokes)场和反斯托克斯(anti-Stokes)场的连续变量纠缠。由于原子记忆效应,这对场的纠缠得到提高,并实现边频的Einstein-Podolsky-Rosen(EPR)纠缠。原子有较长的弛豫时间,当腔场达到稳态时,原子还没有完成其自发辐射过程。导致自发辐射不能对场起到完全反馈的作用。从而就抑制了起伏,加强了关联,提高纠缠程度。且边频EPR纠缠出现的位置是由信号场导致的修饰态的ac-Stark分裂决定的。


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