分子腔QED系统中宏观纠缠猫态的制备

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分子腔量子电动力学(quantum electrodynamics,QED)是量子光学领域中一个新兴的研究方向,其主要描述了分子与腔内量子化电磁场之间的相互作用。因为分子腔QED系统在很大程度上可以抑制系统各个自由度的消相干,所以导致了分子与量子化电磁场在动力学特征时间尺度内可以保持较好的量子相干性。迄今为止,分子腔QED已经在理论和实验上得到了广泛的研究。近年来,随着实验技术水平的提高和纳米技术的快速发展,目前已经在实验中实现了单个分子在常温下与等离子体纳米腔的强耦合,也就是利用单个分子也能够产生可观察的物理效应。分子腔QED有着广阔的发展前景,未来在量子光学方向具有很多实际的应用。例如,多个自由度的分子与量子化电磁场的相互作用,可以用来进行量子态的制备以及研究量子态的的纠缠和相干性质。宏观纠缠猫态是一种典型的量子态,其不仅在研究量子物理的基本问题中具有重要意义,而且在连续变量量子信息处理和量子计量等现代量子技术中也有着广泛的应用。本文基于分子腔QED系统展开,我们提出了一种在分子腔QED系统中产生宏观纠缠猫态的方案。通过同时调节分子振动和腔场的共振频率,可以显著增强分子振动的位移,从而产生分子振动模与腔模之间的宏观纠缠态。我们的结果将为分子腔QED系统中量子物理和量子化学的研究铺平道路。全文主要内容由以下几个章节组成:第一章中,我们介绍了分子腔QED系统中制备纠缠相干态的研究背景及研究意义,然后简要介绍了分子腔QED系统、量子纠缠、纠缠猫态、Wigner函数和保真度等方面的基础知识。第二章中,通过向分子振动和腔场引入共振频率调制,我们得到了分子振动模与腔场模之间的宏观纠缠猫态。通过计算联合Wigner函数和纠缠度,我们研究了生成态的量子相干效应。最后我们计算了保真度并得到了合适的参数范围。第三章中,我们研究了量子耗散对纠缠猫态制备的影响,对于较大耗散率,保真度和对数负度衰减得更快,同时保真度和对数负度能达到的值更小。第四章是总结与展望,我们对本论文作出总结并对后续工作作出展望。
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