暗共振原子的自旋压缩效应研究

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近些年来,有关自旋压缩的研究引起了理论和实验物理学家的广泛关注。自旋压缩对于原子钟、引力波干涉仪等量子测量器件有重要意义,可以有效抑制量子噪声使其突破标准量子极限,提高测量精度。自旋压缩与量子纠缠密切相关,能够产生量子计算机所需的多体纠缠态,自旋压缩的有关研究对于量子信息有着重要的研究价值。因此自旋压缩已经成为量子计量和量子信息等领域的研究热点。人们经常通过原子与场相互作用来获得压缩态。通常情况下,当系统接近共振或完全共振时,由于自发辐射的影响使得可能产生的原子自旋压缩被破坏。人们发现当系统接近暗共振时,原子布居几乎都捕获在暗态,基本没有自发辐射出现。在这种情况下,色散与吸收的比值远远比大失谐相互作用情形更大,此时系统具有非常强的非线性。暗共振系统的这两个优点可能是产生压缩的最佳条件。本文的工作就是基于暗共振系统获得自旋压缩效应。我们考虑的是一个Λ型三能级原子系综,该原子系综由N个独立的原子组成。在这个系统中,两个经典场分别与Λ型三能级原子的两个偶极跃迁相耦合发生近共振相互作用,此时原子主要处在两个基态的叠加态,对经典场和其他场将会产生非常强的非线性。与此同时,两个腔场则与Λ型原子的同一个偶极允许的跃迁相耦合,且两个腔与原子之间远离共振,取反对称失谐。根据缀饰态方法以及选择合适的旋转框架后,我们能够从光场的自由度中分离出双模自旋压缩算符,这意味着近共振系统是可以用来制备双模压缩态的。最后我们还给出了理想条件下的稳态双模自旋压缩接近50%。由于原子被捕获在基态的叠加态而很少被激发,所以我们基于近共振条件下的方案免于自发辐射。
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