光腔中原子系綜產(chǎn)生的量子糾纏與量子相干.pdf

1、量子糾纏和量子相干被廣泛地認(rèn)為是量子力學(xué)的最基本的概念。雖然我們可以從經(jīng)典的角度來(lái)解釋相干性，但是糾纏不具有經(jīng)典性，它展示的是非局域的相互作用。在這篇論文中，我們研究了由原子系綜與腔場(chǎng)構(gòu)成的系統(tǒng)的量子糾纏與量子相干特性。希望通過(guò)這項(xiàng)工作為連續(xù)變量系統(tǒng)產(chǎn)生糾纏提供現(xiàn)實(shí)可行的模型。
　　 首先，我們研究了囚禁于環(huán)行光腔中單個(gè)冷原子系綜體系的量子糾纏與量子相干性質(zhì)，這里假設(shè)原子系綜中原子數(shù)N是有限大小的。由于環(huán)形腔有頻率和偏振簡(jiǎn)并的兩

2、個(gè)相向傳播模式，對(duì)于雙A型冷原子體系，在滿足拉曼雙光子共振條件下，行波激光場(chǎng)的驅(qū)動(dòng)和腔場(chǎng)的共同作用可導(dǎo)致冷原子系綜發(fā)生同向和反向拉曼雙光子激發(fā)，這兩種雙光子激發(fā)使得原子與光場(chǎng)的耦合依賴于原子的空間位置分布和原子數(shù)N的大小。我們發(fā)現(xiàn)，如果與腔模發(fā)生拉曼雙光子激發(fā)的原子系綜足夠大以至于N→∞，即通常所指的熱力學(xué)極限，兩相向傳播的腔模光場(chǎng)彼此間不存在一階相干特性。但是，如果原子系綜是有限大小，則兩相向傳播的腔模光場(chǎng)彼此間可存在一階相干特性，這

3、種相干特性與原子的空間分布和原子數(shù)的多少直接相關(guān)，這一特性可用于測(cè)量光晶格的長(zhǎng)度。我們揭示出這一體系可實(shí)現(xiàn)廣義Dicke模型，在這一有限大小的冷原子系綜中可獲得兩個(gè)不相互正交的長(zhǎng)壽命集體激發(fā)模式，兩集體激發(fā)模的非正交性會(huì)使得體系具有兩個(gè)Dicke相變點(diǎn)，兩相變點(diǎn)的出現(xiàn)與原子數(shù)的多少和原子的空間分布密切相關(guān)。這種集體激發(fā)模的非正交會(huì)使得腔模光子具有超聚束特性，兩腔模光子之間的相關(guān)特性比熱光場(chǎng)強(qiáng)。通過(guò)計(jì)算兩腔模輸出光場(chǎng)的漲落的頻譜分布，發(fā)現(xiàn)

4、由于冷原子系綜中所發(fā)生的同向和反向拉曼雙光子激發(fā)，兩腔模輸出光場(chǎng)不同頻帶具有糾纏，并且原子系綜的有限大小導(dǎo)致中心頻帶具有較強(qiáng)的糾纏特性。
　　 其次，我們研究了由光學(xué)機(jī)械腔與原子系綜組成的相互作用體系中不同玻色模式之間的量子糾纏與量子相干特性，這里光學(xué)機(jī)械腔包含一個(gè)做微振動(dòng)的腔鏡，并且在光腔中放置規(guī)則排列的光學(xué)晶格。該系統(tǒng)包含兩個(gè)正交極化子模，它們是光學(xué)晶格的激發(fā)子模和腔模的線性組合，還包含一個(gè)振蕩鏡模。通過(guò)適當(dāng)調(diào)節(jié)振蕩鏡模與極

5、化子模之間的失諧，我們發(fā)現(xiàn)一個(gè)極化子模與振蕩鏡模之間的一階相干與其糾纏之間具有互補(bǔ)性，模式間產(chǎn)生的一階相干越強(qiáng)，產(chǎn)生的糾纏越少。我們還發(fā)現(xiàn)如果兩個(gè)極化子模都與振蕩鏡模以參量放大相互作用的方式耦合，那么在這兩個(gè)相互獨(dú)立的極化子模之間不產(chǎn)生糾纏。甚至當(dāng)振蕩鏡處于衰減的壓縮真空庫(kù)中時(shí)，兩個(gè)極化子模之間也不產(chǎn)生糾纏。進(jìn)一步的研究表明只有當(dāng)振蕩鏡模與一個(gè)極化子模以參量放大相互作用耦合，兩個(gè)極化子模之間以線性混合相互作用耦合時(shí)，那么在非耦合的振蕩鏡

6、模和極化子模之間才能產(chǎn)生糾纏。
　　 接著，我們提出了兩種方案來(lái)研究如何結(jié)合光纖耦合光腔技術(shù)的發(fā)展，利用光腔中四個(gè)雙A型熱原子系綜來(lái)確定性制備四模Cluster糾纏純態(tài)。在第一個(gè)方案中，研究了放置于具有弱耦合的兩雙模環(huán)行光腔中(每一個(gè)光腔中放置兩個(gè)熱原子系綜)熱原子系綜的多模糾纏性質(zhì)，運(yùn)用多步熱庫(kù)操控方法，通過(guò)選擇驅(qū)動(dòng)原子的激光脈沖的振幅和相對(duì)相位，在腔模的耗散作用下，可確定性地制備方形四模連續(xù)變量Cluster糾纏態(tài)。在第二個(gè)

7、方案中，我們利用放置于具有弱耦合的四個(gè)遠(yuǎn)距離單模光腔耦合陣列中的四個(gè)雙A型熱原子系綜來(lái)確定性制備四模線性Cluster糾纏純態(tài)的方法，這里每一個(gè)光腔中放置一個(gè)熱原子系綜，每個(gè)原子系綜用一序列激光驅(qū)動(dòng)，每一序列激光包含八個(gè)不同的頻率。利用我們提出的單步熱庫(kù)操控方法，通過(guò)選擇驅(qū)動(dòng)原子的激光脈沖的振幅和相對(duì)相位，借助于腔模的耗散作用，將四個(gè)原子系綜確定性地制備于線形四模連續(xù)變量Cluster糾纏純態(tài)。這種方案不僅可以擴(kuò)展到制備其它類(lèi)型的Clu