基於里德堡原子偶極封鎖效應的量子相干操控

《基於里德堡原子偶極封鎖效應的量子相干操控》是依託福建師範大學，由林秀敏擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：基於里德堡原子偶極封鎖效應的量子相干操控
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：林秀敏
• 依託單位：福建師範大學

項目摘要

遠程量子通訊和分布量子計算是當前量子信息領域的熱點課題之一，而如何有效地實現遠距離量子系統間的相干操控是其首先必須解決的關鍵問題。本項目探討由里德堡原子、原子系綜、光纖、腔和外場組成的複合系統的量子光學描述理論，將里德堡原子偶極封鎖效應、原子系綜和腔QED系統的優點結合起來，獲得以光纖為媒介的不同腔系統間的長程相互作用和有效的封鎖效應，確定性地實現遠距離量子系統間的相干操控，把原來僅限於對相距若干微米內的原子起作用的偶極封鎖現象拓展到遠距離的量子系統中。進而尋求成功幾率高、操作時間短、在當前實驗條件下能實現的非局域量子門和多量子比特糾纏態，設計可用於長距離量子通訊的量子暫存器、可控單光子源、及可實現遠程量子通訊和分布量子計算的量子網路方案。

結題摘要

如何有效實現量子系統間的相干操控是實現量子通訊和分布量子計算首先必須解決的關鍵問題。基於里德堡原子、原子系綜、光纖、腔、外場組成的複合系統和腔光力系統，已取得以下主要成果：1. 利用光子的腔暗態激子形式具有可調的長壽命，基於里德堡封鎖原子系綜系統中的腔暗態激子提出了研究腔量子電動力學的一個理論方案，理論分析和數值模擬計算發現光子和由里德堡封鎖原子系綜所導致的可用J-C模型描述的有效二能級發射體間的耦合強度可達前所未有的程度；2. 利用囚禁於雙邊泄漏光腔里德堡原子系綜的腔內電磁誘導透明動力學演化，集合腔內電磁誘導透明可增加腔壽命和里德堡暗態激子間強相互作用優點，得到了非常強的單光子非線性，解析結果和數值模擬結果都表明這種腔內電磁誘導透明系統具有很強的光子封鎖效應；3. 基於腔輸入輸出過程和里德堡封鎖，實現了可用於構建量子網路遠距離計算節點間聯繫的飛行光子和原子系綜間的量子受控相位門；4. 利用由囚禁在光阱中並固定在原子晶片上的原子系綜編碼的集合性，基於里德堡偶極封鎖力學實現了三量子比特量子受控相位門，該門操作可作為有效製備大規模二維團簇態的基本工具；5. 基於里德堡原子偶極封鎖效應和絕熱技術製備了里德堡原子量子單態；6. 基於由具有2N+1個穩定基態和N個裡德堡態原子組成的系綜系統，採用對稱集體態編碼、偶極封鎖效應並控制雷射和系綜相互作用時間，成功製備了多粒子W態；7. 基於二次方耦合光力系統，發現在強驅動條件下可實現光子和聲子之間的非線性耦合，且耦合強度可通過驅動場進行調節，使得在單光子弱耦合條件下也能實現強的光學非線性，同時還分析了在當前實驗條件下實現光子阻塞和光子誘導隧穿效應的可行性；8. 提出利用電-光力混合系統可在弱耦合條件下實現光波光子和微波光子的強關聯。另外，還實驗研究了具有不同長度的香腸狀三維回音壁微腔的傳輸特性和基於振鈴現象的回音壁模式感測。這些成果將對量子系統間相干操控的實驗研究和微腔實驗的感測研究有重要的指導作用。