《中性原子裡德堡阻塞效應在量子信息中的套用》是依託福州大學，由吳懷志擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：中性原子裡德堡阻塞效應在量子信息中的套用
- 依託單位：福州大學
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：吳懷志
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
囚禁在光晶格或光鑷內的中性原子被激發到主量子數較高的里德堡能級後可以在幾微米到十幾微米距離範圍內發生相互作用，即里德堡阻塞效應。由於原子間距大於可見光波長，因而實驗上可以利用雷射對單個裡德堡原子進行獨立控制並讀取其量子態。里德堡阻塞效應在量子信息和凝聚態物理多體動力學的量子模擬中都有廣泛套用。最近，人們利用該效應在實驗上成功製備了兩原子最大糾纏態和構建了兩比特量子受控非門，但是在多種退相干機制的影響下，保真度仍然不高。因此，我們對在耗散影響下里德堡原子與量子化光場的相干耦合及里德堡阻塞誘導的非線性光學效應的套用展開研究具有重要的科學意義。我們將研究利用里德堡阻塞效應誘導的非線性光學效應實現光量子計算；研究里德堡原子和腔量子電動力學系統銜接的複合體系，闡述光子動力學與里德堡阻塞效應之間的聯繫，提出能有效抑制耗散的量子信息處理方案，為里德堡原子與超導電路微波光子直接耦合系統的研究提供理論參考。
結題摘要
高激發里德堡態具有壽命長、偶極矩大和電極化率大等優點，這使得里德堡原子可以在幾微米到十幾微米距離範圍內發生偶極－偶極或范德瓦爾斯長距離相互作用，這種效應在量子信息和凝聚態物理多體動力學的量子模擬中都有廣泛套用。在本項目中，基於冷原子間的里德堡－里德堡相互作用，我們研究了囚禁在耦合腔中的里德堡原子與光場相互作用後的量子動力學，該物理系統還可以用於實現量子非線性吸收濾波器；提出了囚禁在光晶格中的里德堡原子的量子隱型傳態，其優點在於：量子比特的糾纏態容易製備；貝爾基矢態的測量只需通過單比特操作實現，且無需精確控制里德堡相互作用強度，該方案有望用於實現可擴展量子計算；研究了雷射獨立操控的兩個四能級里德堡原子在范德瓦爾斯相互作用影響下的電磁誘導透明（EIT）現象；提出利用非線性極化模型模擬雷射弱驅動下均勻耦合里德堡原子系統的激發動力學，該模型可以在保留原子間關聯的條件下解析計算系統處於穩態時的激發數統計特性，為在實驗上測量該驅動－耗散系統的量子關聯特徵提供有效依據。此外，在交叉領域，我們研究了兩個弱相互作用諧振子在耦合強度隨時間變化條件下的糾纏動力學；研究了量子比特－諧振子超強耦合系統在絕熱近似條件下的量子動力學以及反轉對稱性破缺對基態特性的影響；我們還提出在超導磁通比特與微波共面波導諧振腔的耦合系統中，通過操縱量子熱庫製備相位可控的任意軌道態等。
