《腔QED系統的新奇量子相變與量子關聯性質的研究》是依託北京交通大學，由金光日擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：腔QED系統的新奇量子相變與量子關聯性質的研究
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：金光日
- 依託單位：北京交通大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
從量子物理基本問題出發，結合冷原子玻色-愛因斯坦凝聚(BEC)的最新實驗進展，探討腔量子電動力學(QED)系統的新奇量子相變與多體量子關聯，本課題擬研究：(1)大失諧光碟機動下單模腔場與二能級原子系綜的色散相互作用，分析推廣的狄克模型超輻射相變與量子關聯特性(如糾纏或自旋壓縮等)；(2) 超越平均場近似，解析和數值計算光腔中旋量BEC的自旋混合動力學，考慮操縱參數在臨界點附近的動力學不穩定性及其與外部系統的量子糾纏；(3)從超冷原子-光腔耦合系統的二次量子化哈密頓量，通過絕熱消除腔模，推導有效原子-原子相互作用模型，研究非經典量子態(薛丁格貓態、Twin-Fock態等)相干製備和人工操控；(4) 耦合腔陣列中光與定域原子相互作用，分析反共振項對極化子動力學和相圖的影響. 採用量子光學、凝聚態物理等跨學科的理論，解析和數值方法相結合，探討腔QED系統的臨界現象及其在量子信息、量子計量中套用.
結題摘要
本課題研究多體系統新奇量子態的動力學製備和量子相變. 具體取得如下原創性研究成果：(i) 在前期工作基礎上，研究了集體退相干效應對單軸扭曲自旋壓縮動力學的影響，定性地解釋了雙組份玻色-愛因斯坦凝聚氣體的相擴散增強現象；(ii) 從量子度量學的一般原理出發，推導任意相位依賴態的量子Fisher信息. 並以光量子糾纏相干態為例，研究了光子損耗對糾纏度及量子Fisher信息的影響，發現相位靈敏度的量子Cramer-Rao下限經歷量子—經典躍遷，該躍遷由損耗的光子數目決定，而非單純地依賴入射光子數目或光子損耗率. (iii) 提出光和原子的量子Fisher信息可以識別Dicke模型的超輻射量子相變. 臨界點附近, 量子Fisher信息突破經典極限源自光和原子非經典壓縮態的出現. (iv) 針對雙輸出量子測量，證明相位靈敏度始終飽和 Cramer-Rao下限. 以相干光Mach-Zehnder干涉儀為例，研究了相擴散效應對雙輸出零拍探測及光子計數測量的影響. (v) 發展出高精度計算Wigner-d矩陣的新算法，克服了原始計算公式的大數求和問題, 並能計算上千個自旋的d矩陣及其任意階導數. 對於自旋大至100，Wigner-d矩陣的計算精度可達10的-14次方量級，有益於今後數值模擬量子相位測量.
