囚禁離子體系的快速基態冷卻及非經典態製備的研究

《囚禁離子體系的快速基態冷卻及非經典態製備的研究》是依託華中師範大學，由李高翔擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：囚禁離子體系的快速基態冷卻及非經典態製備的研究
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：李高翔
• 依託單位：華中師範大學

項目摘要

本申請項目擬研究將單個和多個囚禁離子高效、快速冷卻至其振動量子基態的新方案，並探討這些方案在納米機械振子的基態冷卻和基於囚禁離子的量子信息技術的套用。深入研究單個多能級囚禁離子的邊帶冷卻性質，提出高效、快速冷卻囚禁離子至其振動量子基態並且同時製備於其內態相干疊加態上的新方案。探討囚禁於光腔中多個原子（離子）的腔邊帶冷卻性質，提出將多個原子製備於內態糾纏態，同時將它們的振動高效、快速地冷卻至基態的方案，揭示利用多個囚禁原子內態量子糾纏提高冷卻速率的新機制，研究這些體系用於實現量子信息處理的可能性。研究離子與其振動聲子強耦合和固態量子比特與納米機械振子強耦合時由反旋波項描述的過程對邊帶冷卻極限溫度的影響，設計新的物理過程來實現強耦合條件下高效、快速的雷射邊帶冷卻。我們還將發展精確自洽的邊帶冷卻囚禁離子的理論，精確解釋相關實驗結果，設計出將離子確定性地製備於其振動量子非經典態的方案。

結題摘要

本項目已經按計畫完成了相關的研究工作，同時將我們的研究工作拓展到量子點體系和光力機械振子系統的量子光學性質等方面。在本項目的資助下，我們發表SCI論文29篇，其中在Phys. Rev. A發表論文15篇， 在Opt. Express上發表論文6篇。課題組先後有18名研究生參加了本項研究工作，其中7人獲博士學位，11人獲碩士學位。取得的主要成果包括：（1）提出了利用腔誘導的雙重電磁誘導透明（EIT）現象將腔中囚禁離子冷卻至基態的新機制，與腔誘導的單EIT冷卻機制相比，加熱速率得到明顯抑制，冷卻速率也明顯提高；提出了一個利用駐波雷射場將腔中囚禁離子冷卻至基態冷卻方案，利用腔場光子與兩個雷射光子形成的三光子共振以及量子干涉效應消除藍邊帶躍遷，能夠實現光腔中囚禁離子的基態冷卻。我們還給出了聲子數高階修正的表達式，揭示出新的量子冷卻極限。提出了利用光子晶體的帶隙效應來實現將強雷射驅動的原子高效、快速冷卻至振動基態的新方案；提出了利用量子相消干涉效應在量子點—腔場—機械振子混合體系中和雙模耦合光腔—機械振子體系中將機械振子快速冷卻至量子基態的新方案。（2）結合當前量子熱庫操控理論及實驗現狀，我們提出了利用光腔耗散獲得兩個力學振子間振動糾纏純態的新機制；我們研究了與機械振子耦合的雙模光腔系統的EPR Steering性質，發現在兩腔模具有不同的弛豫速率或機械振子的阻尼較大時，輸出的雙模光場可以實現單向EPR Steering。在腔光力系統處於單光子強耦合區，建議了將機械振子製備於非高斯非經典態，例如壓縮非高斯態、非線性相干態以及單聲子態等。（3）揭示了在原子—腔場強耦合區間內非旋波項對雙光子近共振激發的非相干譜和雙光子阻塞效應的影響。（4）研究了量子點中電子與聲子的相互作用對單量子點雷射性質的影響，揭示了光子帶隙和電子與聲子的相互作用會量子點雷射閾值的影響，提出了將腔場製備於壓縮態的新方案，揭示了利用電--聲耦合將級聯三能級量子點製備於關聯雙光子態的新機制。