超短激光脈沖實現(xiàn)量子態(tài)操控.pdf

1、量子信息中用二態(tài)的量子力學系統(tǒng)來描述兩位信息，用量子邏輯門來實現(xiàn)信息的轉換和傳輸。研究表明，光場與原子相互作用表現(xiàn)出的量子效應可以應用到量子信息中。 本論文的工作是在光與物質相互作用的半經典理論方案下，首先引入獨立雙路徑和相干雙路徑的概念，研究超短激光脈沖與二體二能級體系的相互作用。二體二能級原子可以等價為一個四能級系統(tǒng)，對原子由不同的激發(fā)方式引起的不同的躍遷路徑，我們清晰地區(qū)別由獨立原子構成的二體二能級體系和由相關原子構成的二

2、體二能級體系之間能級躍遷的區(qū)別。分別用薛定愕表象和密度矩陣描述兩不同情況下系統(tǒng)的動力學方程，得到體系運動方程的一般解，然后根據原子的初始條件得到原子各態(tài)的布居和糾纏度的演化。結果表明，與由獨立原子構成體系的模型相比，相關雙原子體系在超短激光脈沖的作用下，表現(xiàn)出更加豐富的相干性，這種相干特性與體系初態(tài)、失諧量和激發(fā)的路徑都有關。通過在不同的初態(tài)下調控各態(tài)布居，可以得到不同的量子態(tài)，從而實現(xiàn)量子態(tài)的轉換。 在相干雙路徑模型中，糾纏度

3、大小可以通過調節(jié)入射單光脈沖的面積來實現(xiàn)操控。兩相干原子在實際系統(tǒng)中不可能是完全孤立的，必然會受到環(huán)境的影響產生退相干，退相干會破壞量子相干性，從而是量子信息失真，我們考慮系統(tǒng)中兩原子有偶極作用，進而推導出環(huán)境中系統(tǒng)含耗散的主方程。 其次，研究了脈沖對與單二能級原子的相互作用。證明了單脈沖與單二能級原子相互作用的哈密頓量由于缺少整體相位不能實現(xiàn)一位通用量子邏輯門。本文用含相對延時τ的脈沖對與二能級原子相互作用，在旋波近似下可求得

4、的解析解。結果證明，本模型的哈密頓量為SU(2)結構，通過幺正變換改變哈密頓量可使二能級體系的整體波函數獲得一個可控總體相位項，從而實現(xiàn)通用單量子邏輯門。 光與物質相互作用的相干瞬態(tài)效應，其量子特性廣泛應用于量子信息的存儲和處理中，其中光子回波的量子記憶功能可以實現(xiàn)量子信息的中繼。我們考慮光的傳播效應，用超短激光脈沖與介質作用，用Maxwell-Bloch方程數值模擬光子回波，發(fā)現(xiàn)出現(xiàn)回波的關鍵在于在計算時對非均勻展寬的取值，要