基於耦合腔陣列的量子模擬與量子調控

《基於耦合腔陣列的量子模擬與量子調控》是依託蘇州大學，由董裕力擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：基於耦合腔陣列的量子模擬與量子調控
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：董裕力
• 依託單位：蘇州大學

項目摘要

近鄰腔間的光子躍遷將各個單腔耦合起來，從而構成耦合腔陣列。描述耦合腔陣列的模型可以在各種不同的物理系統中實現，而且模型中的參數容易調控，為檢驗量子多體理論以及實現量子信息處理任務提供了可能性，因而受到了廣泛的關注。本項目開展的研究是基於耦合腔陣列的量子模擬和量子操控，主要包含以下幾個方面：研究耦合腔陣列在原子和光場相互作用下的量子多體現象，分析加入摻雜後系統的基態糾纏、相變等問題，並利用保真率和約化保真率來標記相變；研究系統的傳輸機制，設計耦合腔陣列中的量子態傳輸方案，在系統處於單激發或者雙激發子空間中實現高效、可控的量子態近距離傳輸；結合最新的實驗和理論進展，分析新穎的量子效應，利用量子調控實現諸如量子糾纏態生成、信息快速擦除等量子信息的套用。本項目的工作將豐富和發展耦合腔陣列的多體理論，並促進其在量子信息中的套用。

結題摘要

研究課題主要集中在基於耦合腔陣列的量子信息傳輸、以及多體系統模擬和相變信號的探測，討論連續變數中的糾纏蒸餾問題以及量子失協的動力學行為等。量子態在耦合腔陣列中的傳輸是量子信息中一個重要的問題，我們考慮了一個單光子在一維耦合腔中的散射情況。我們討論了在一維耦合腔陣列中，置入一個或者多個三能級原子後，對於入射的單個偏振光子的反射、透射以及偏振轉換的影響。隨後我們拓展到一個額外的局域和非局域腔中置入原子對單光子的散射。該研究對量子器件，特別是基於光在短距離傳播的光量子器件的設計，提供了理論基礎。耦合腔陣列系統可以為量子多體系統的模擬提供一個很好的平台，通過量子模擬，我們可以檢驗量子多體系統的量子理論。我們分析了一個基於耦合腔陣列模擬的自旋系統，當系統處於耗散環境時，通過對自旋鏈兩端兩個輔助的自旋的探測，測量這兩個輔助自旋的局域和非局域觀測量，我們可以標記幾個不同自旋模型中量子拓撲相的相變。該部分工作一定程度上回答了處於耗散下量子多體系統相變標記的有效性。糾纏尤其是連續變數糾纏是一種十分脆弱的量子狀態，它極容易因為外界的系統干擾而發生破壞。為了克服這樣的問題，人們提出了糾纏蒸餾的辦法。譬如利用單光子和雙光子擦除實現對糾纏光源的非高斯操作後，人們可以得到更高糾纏度的糾纏光源。基於該方案，我們研究了熱噪聲和探測器效率對連續變數糾纏蒸餾的影響。隨後我們提出利用光子擦除的逆過程——光子增加同樣可以實現糾纏蒸餾。和以前光子抽取的方案比較，該方案可以得到更高糾纏度的糾纏光，更為重要的是，當雙模壓縮光的壓縮參量遠小於1的時候，該方案同時也可以顯著地提高蒸餾的成功機率。量子信息中，作為一種更為普適的量子關聯，量子失協能夠描述量子糾纏不能涵蓋的非經典關聯，所以近年來量子失協的研究就受到人們的高度關注。我們通過數值計算，分析非X態的兩粒子的量子失協、幾何失協以及量子失協在通過耗散通道後的一些動力學行為。與X態相類似，我們同樣在一些耗散通道下觀測到非X態的量子關聯“凝固”以及突變等有趣的現象。