内禀退相干下光与原子相互作用系统的研究

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量子信息学作为一门新兴学科,以量子计算机和量子通信为主要内容日益发展起来。量子信息学以量子位作为信息载体,按照量子力学原理进行计算或操作,从而使量子信息学比经典信息学更具有优越性。 随着量子算法的提出和量子编码的实现,量子计算机的研究越来越受到人们的重视。量子计算利用了量子力学的本质特性一一量子叠加性和相干性原理,来完成经典计算机所不能完成的大型计算,但是量子计算的实现还存在很大的困难,因为量子计算利用了量子力学中态的相干性,量子系统始终与环境存在耦合,不能将系统与环境完全隔离开来,要保持量子态的相干性并不容易,这一直是人们研究的课题之一。其中,Milburn提出了一个简单的内禀退相干模型,给出了对标准量子力学的简单修正。本文正是在此理论的基础上,通过求解系统的Milburn方程,研究了两能级原子与双模SU(1,1)相干态光场发生相互作用系统中,如下几个方面的问题: (1)研究了原子与场的纠缠及双模SU(1,1)相干态场的模间纠缠随时间的演化问题,讨论了内禀退相干、双模光子数差等对纠缠度的影响。结果表明,存在内禀退相干时,随着时间的演化,场-原子纠缠逐渐减小到一个确定值,而模间纠缠逐渐增大到一个确定值,两者演化的最终值只取决于双模光子数差和平均光子数,而与内禀退相干因子无关。 (2)分析了内禀退相干、双模光子数差和平均光子数对SU(1,1)相干态光场量子统计性质的影响。结果表明,内禀退相干增强了光场两模的聚束效应和模间相关程度,并使第一模始终处于亚泊松分布;存在内禀退相干时,场的二阶相干度仍具有明显的崩塌-回复现象,随着时间的演化,光场第一模处于亚泊松分布,光子呈现反聚束效应,光场两模间呈正相关,且为非经典相关,而在大部分时间区域,光场第二模处于泊松分布,光子呈现聚束效应;双模光子数差和平均光子数对量子统计性质也都有非常显著的影响。 (3)分析了内禀退相干、双模光子数差和平均光子数对原子布居数反转的影响。结果表明,双模光子数差不为零时,原子布居数反转具有明显的崩塌和回复现象;当平均光子数减小时,崩塌和回复现象将逐渐消失;存在内禀退相干时,仍存在崩塌和回复现象,但随着时间的演化,Rabi振荡的包络值将衰减到零。
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