《基於光力學系統的量子網路研究》是依託福建師範大學，由楊榕燦擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：基於光力學系統的量子網路研究
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：楊榕燦
- 依託單位：福建師範大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
量子糾纏是量子力學的一個重要特徵，也是構建量子網路的核心量子資源。由於寬尺寸覆蓋和高品質因子的特點，力學設備在巨觀量子特性研究、量子感測器和變換器等方面有著重要的作用。光和力學設備通過光輻射壓力相互耦合，使得力學模的量子態操控可以藉助成熟的量子光學工具來完成。隨著高品質光學微腔的使用，光和力學模的相互作用強度進入強耦合區域，使得力學設備的優點可以得到充分的發揮。自旋比特等是理想的量子信息存儲器之一，藉助可移動鏡子的F-P腔等腔光力學模型，可以實現自旋比特等局域處理節點的遠距離量子糾纏。本項目擬以腔光力學系統和自旋比特的耦合為研究對象，構建合適的相互作用模型，提出操作簡便，抗環境噪聲能力較強的量子網路構建方案，並結合當前的實驗技術參數進行計算機模擬，為付諸實驗提供指導和參考。
結題摘要
隨著實驗和理論的不斷發展，光力學系統成為了最近幾年的研究熱點。由於尺度橫跨微觀、介觀和巨觀領域，腔光力學被廣泛用於實現量子測量、量子存儲、量子-經典對應、單光子源（單聲子源）等理論和實驗研究。本項目主要聚焦於基於腔光力學實現光子和光子、光子和振子、光波和微波光子量子關聯（糾纏），以及量子網路的構建等研究。在這三年的研究中，我們課題組取得的主要成果如下： 1、通過探索力學振子同時與光波和微波領域的光子相互作用，我們實現了光學波段和微波波段的光子量子關聯，為量子信息在不同介質中的傳輸提供了一定的理論依據，同時該方案也可以用於探索光子、振子、微波光子間的量子糾纏打下一定的基礎。 2、基於光力學系統，我們通過探索了光學微腔頻率和力學振子的位移平方耦合，發現單光子和振子間的非線性相互作用在腔場的作用下顯著增強，使得在單光子耦合係數比腔泄漏率小得多時，單光子的非線性性質依然可實現；在強耦合和稀釋邊帶條件下，單光子的非線性性質對力學振子的熱噪聲是魯棒的，並可實現光子阻塞效應和光子誘導隧穿效應，為單光子源的提供了一定的理論依據。 3、多體多能級量子糾纏態是實現量子網路和分散式量子計算等的重要量子資源。量子單態是一種總自旋為零的多體多能級量子糾纏態，是解決“N個陌生人”等一些無經典解的量子問題的關鍵量子資源。本項目中，我們分別基於光纖-光學微腔-原子系統和囚禁離子系統，並利用絕熱演化技術實現三體三能級量子單態的製備。方案中，我們首先製備一個兩體二能級量子單態（即EPR對），而後將另外一個分離的原子（離子）與該量子單態相互作用，並控制雷射拉比頻率，從而將原子（離子）製備到三體三能級量子單態，同時使得光子（聲子）始終處在真空態，從而有效地降低環境噪聲對系統的影響。最後，我們將該方法套用到N體N能級（N大於等於3）的量子單態製備。方案中，我們基於里德堡原子阻塞效應和絕熱演化技術實現量子單態的製備。量子單態的製備研究為構建量子網路奠定了一定的基礎。 4、噪聲影響是量子光學和量子信息不可逾越的一道障礙。本項目，通過光和V+階梯型四能級原子的相互作用，我們探索了探測光的振幅噪聲特性，得到了探測光的振幅噪聲在AT分裂和EIT的頻寬和壓縮特性，為將來量子網路的噪聲打下了堅實的基礎。 總之，我們希望我們的研究成果能夠為量子網路的構建提供一定的理論依據。
