原子系統(tǒng)中的絕熱布居傳輸.pdf

1、在對微觀體系的研究中，比如和原子、分子相關的研究領域，包括量子光學、量子通信和量子計算、原子物理、原子光學、分子物理、凝聚態(tài)物理、高能物理、材料科學等諸多領域，量子相干疊加態(tài)是最基本的物理資源，是微觀體系各種奇怪現(xiàn)象區(qū)別于經(jīng)典宏觀世界現(xiàn)象的最本質(zhì)因素。而把微觀體系制備在我們需要的特定的量子相干疊加態(tài)中，無論對我們研究相干疊加態(tài)的各種性質(zhì)還是把它的某些性質(zhì)轉(zhuǎn)化成可以應用的技術，比如電磁感應透明(EIT)，無反轉(zhuǎn)激光，反射系數(shù)增強，絕熱布居

2、傳輸技術，激光冷卻技術，原子干涉儀，受激拉曼絕熱通道技術(STIRAP)，部分受激拉曼絕熱通道技術(Fractional STIRAP)等，都具有十分重要的意義。
　　 微觀體系中的相干疊加態(tài)描述的是微觀系統(tǒng)可以同時以一定概率地處于幾個狀態(tài)，表現(xiàn)為在不同的能級結(jié)構上都同時存在小于1的布居數(shù)。制備不同的相干疊加態(tài)實際上就是利用外部驅(qū)動力量改變微觀體系不同能級的布居數(shù)，也就是布居傳輸過程。經(jīng)過幾十年的發(fā)展，布居傳輸方法已經(jīng)從最開始的

3、利用非相干光源發(fā)展到上世紀60年代以后的利用相干光源-激光，從開始的非絕熱的量子態(tài)制備方法發(fā)展到后來的效率幾乎100％的絕熱制備方法。微觀體系也越來越容易地被外部驅(qū)動場精確調(diào)控到特定的相干疊加狀態(tài)。我們知道原子具有一個個分裂的能級，如果一束激光的頻率與原子某兩個分裂能級的躍遷頻率共振的時候，原子就會吸收激光發(fā)生躍遷。但是如果原子處于某種特定的相干疊加態(tài)，在某些特殊情況下，即使?jié)M足共振躍遷條件，原子卻不會發(fā)生躍遷，對入射光完全沒有響應，那

4、么這時候原子就處于某個暗態(tài)。
　　 第一章將會系統(tǒng)地介紹布居傳輸方法的發(fā)展歷程，從一開始非相干的光學泵浦過程，直到目前廣為運用的利用系統(tǒng)暗態(tài)的受激拉曼絕熱通道技術，布居傳輸?shù)男试絹碓礁?，可以調(diào)控的程度越來越高。不同的研究領域有很多不同的布居傳輸方法，我們這里只介紹一些很常用的原子、分子領域的方法。
　　 第二章介紹一種新的暗態(tài)-諧振暗態(tài)。在一個典型的三能級原子系統(tǒng)中，運用一定的外部激光場，迫使原子向這個穩(wěn)定的周期性的相

5、干疊加狀態(tài)演化。在滿足絕熱演化條件之后，無論系統(tǒng)開始處于什么狀態(tài)，最后總能被外部激光場強行演化到諧振暗態(tài)之中。利用諧振暗態(tài)可以進行變相的受激拉曼絕熱通道布居傳輸，同樣因為沒有高能級的布居而不會出現(xiàn)自發(fā)輻射所帶來的損失。
　　 第三章介紹了利用一種擴展的受激拉曼絕熱通道技術用于制備N分量的量子相干疊加態(tài)。在絕熱近似條件滿足后，系統(tǒng)的明態(tài)和暗態(tài)之間退耦合。如果開始系統(tǒng)處于某一個暗態(tài)，那么只需考慮由暗態(tài)作為基矢展開的暗態(tài)子空間中不同暗

6、態(tài)之間的非絕熱耦合即可。不同于以往任何制備相干疊加態(tài)方法，我們采用逆向思維把需要制備的相干疊加態(tài)作為系統(tǒng)演化的起點，逐步運用激光場把這個疊加態(tài)不斷演化到系統(tǒng)的某一個單態(tài)。這個演化過程是時間上可逆的，完全相反的激光場序列下出現(xiàn)完全相反的布居傳輸過程。所以在實際實驗中，完全相反的激光場序列將會把系統(tǒng)從這個單態(tài)逆向逐步演化到需要制備的相干疊加狀態(tài)。原則上，利用這種布居傳輸方法可以制備N任意大的相干疊加態(tài)。同樣因為沒有高能級激發(fā)態(tài)的布居出現(xiàn)，整