原子与光场相互作用的动力学特性研究

• 作 者: 刘冬
• 机 构: 安徽师范大学
• 出 处: 安徽师范大学
• 发表日期: 2016年期
• 关键词: 量子光学 数值模拟 动力学特性

量子信息光学是量子光学与信息科学相结合的产物，它在量子保密通讯方面有着重要应用价值。其中，原子与光场相互作用中的熵压缩效应能有效地反映了原子与光场系统的动力学特性，另外，任何形式的信息编码都要考虑量子态保真度的问题。本文运用全量子理论研究了不同初态下原子与光场相互作用中的熵压缩效应与量子态保真度。　　本论文的主要研究成果：　　（1），研究了三光子过程中原子与相干态耦合量子体系信息熵压缩随时间演化规律及原子最佳信息熵压缩态的制备，我们采用全量子理论，推导出运动原子与单模简并三光子依赖强度耦合量子体系的精确解；理论上给出制备原子最佳信息熵压缩态的充分及必要条件，并进行了数值模拟验证。研究结果表明：(a)量子信息熵压缩克服了标准偏差压缩的平庸性，再次验证了量子信息熵压缩的高灵敏性；(b)原子约化熵与量子信息熵压缩因子随时间演化过程中，具有相同的周期性；(c)当原子初始处于等权重相干叠加态，适当选择原子与场的初始位相，在时间因子gtm=2mπ/p(m=0,1,2…)时,能够制备出原子算符бx或бy极化方向的最佳量子信息熵压缩态；(d)调节光腔中场模结构参量，能够得到原子算符?x或?y极化方向连续的量子信息熵压缩态。　　（2），探究了单光子、双光子、三光子过程下原子最佳熵压缩态的异同，我们分析了三种光子过程下原子最佳熵压缩的制备，以及调节场模结构参数p的取值以制取持续的原子最佳熵压缩态。比较单光子过程，双光子过程，三光子过程可知，若要制取持续的最佳熵压缩态，场模结构参数p的取值依次迅速增大。　　（3），研究了三光子过程中运动二能级原子与二项式光场依赖强度相互作用的量子态保真度随时间演化特性，我们采用全量子理论，推导出三光子过程中运动原子与二项式光场依赖强度纠缠下量子体系的精确解。基于数值模拟给出了三光子过程中二项式光场依赖强度耦合下不同量子体系的量子态保真度随时间演化的规律。结果表明：(a)当原子初始处于激发态(θ0)时，三个系统的量子态保真度都比较低，光场和原子组成的总系统、光场子系统量Fs(t) Ff(t)子态保真度都可以达到正交，保真度为0，且两者的时间演化图像近乎一致。(b)随着二项式光场参数?的逐渐增大，三个系统的量子态保真度逐渐降低。(c)随着场模结构参数p的逐渐增大，光场和原子组成的总系统、光场子系统、原子子系统的量子Fs(t) Ff(t) Fa(t)态保真度逐渐升高，演化周期快速变小。当场模结构参数p?50时，三个系统的量子态保真度均接近于最佳保真。(d)在同一系统内，当其他条件不变的情况下，此系统量子态保真度均值随原子运动速度v增大而增加。