《集合模量子態轉移與量子網路的研究》是依託華中師範大學，由胡響明擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：集合模量子態轉移與量子網路的研究
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：胡響明
- 依託單位：華中師範大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
量子態轉移是用電磁感應透明(EIT)控制光與原子量子性質的重要方式之一。當一個量子光場和一個經典光場與三能級∧原子系綜形成EIT時，其中光場量子態可以轉移到原子系綜的基態自旋。目前這項研究僅限於單個量子場。事實上兩個光場可能都具有量子性，與原子系綜構成三體基本單元。從光場轉移到原子系綜的將不再是單模量子態，而是雙模的集合模量子態，集合模量子態可能完全不同於單模量子態。本項目研究EIT系統中的集合模量子態轉移，並用來構建原子系綜網路。一、研究EIT約束的三體單元量子態轉移的集合模式與機制。二、考察集合模量子態轉移的適用條件，包括雙光子失諧和基態退相干。三、用集合模量子態轉移機制構建原子系綜糾纏網路。四、推廣到雙重或相位依賴EIT系統，研究多模的集合量子態轉移。項目的意義在於，給出EIT系統中量子態轉移的新模式，獲得一個基於EIT 的三體量子態轉移基本單元，連續使用多個單元構建量子網路。
結題摘要
電磁感應透明或相干布居囚禁是最具代表性的原子相干效應之一。它們的物理本質是暗共振。當光場與具有兩個基態或亞穩態的三能級原子系綜在雙光子共振條件下發生電偶極共振相互作用時，原子不吸收光場，不被激發，只在基態或亞穩態之間發生雙光子共振（暗共振），形成基態或亞穩態的相干疊加態。在偏離暗共振不遠處，吸收仍然足夠小，但是色散非線性極大地增強。尤其是，光場以集合模式與原子發生作用，具有相當幅度時呈現無限高階非線性。研究如何利用暗共振操控光與原子量子態，對量子網路具有重要科學意義。本項目確立這個主題，主要研究內容與結果總結如下。 一、暗共振中存在玻戈留玻夫（Bogoliubov）模式離散機制，產生光與自旋壓縮態。將光與原子的非線性轉移到原子綴飾態，分離出光場和原子起伏量之間的玻戈留玻夫模式作用。光場與原子雙方均對對方起著離散作用。這本質上決定著光場或者原子的穩定雙量子過程，因而產生光場和原子自旋的雙模壓縮和糾纏。原子雙模壓縮對應基態自旋壓縮。另一方面，在暗共振以外區域存在同樣的機制。離散機制也導致光場高階壓縮。 二、利用暗共振或原子相干性可以建立多個相干通道，產生多模光壓縮和糾纏。暗共振使兩個或更多原子態處於相干疊加態，這就使得從這些被疊加的態到另一個共同能級的躍遷成為相干通道，多個通道之間形成量子拍。相似的情形可以推廣到多個激發態與一個共同基態的原子系統。每個通道在外加驅動場作用下形成兩個光場的雙光子過程，不同通道間的量子拍使多模光場之間形成雙光子過程，從而產生多模壓縮和糾纏光。 三、原子-腔串聯作用建立量子關聯，產生光場和自旋的多模壓縮與糾纏。多個光腔可以串聯起來，每兩個頻率相近的光場與一個二能級原子系綜耦合，發生雙量子過程作用。串聯方式使多個光場以玻戈留玻夫模式與原子發生作用，於是多個模之間建立起雙光子作用，產生多模壓縮與糾纏。另一方面，用真空場耦合串聯腔中的多個原子系綜，可以產生原子自旋的多體糾纏。 四、原子和機械振子在光場作用下發生玻戈留玻夫模式離散，產生壓縮與糾纏。兩類不同物質與光場的作用機制不同，原子與腔場發生電偶極相互作用，而振子與腔場因光壓而發生作用。在外場驅動下，它們都與兩個真空腔場分別發生雙量子過程和態轉移作用。同時的作用導致二能級原子和機械振子發生玻戈留玻夫模式離散。從而原子和振子呈現雙量子過程，不同性質物質產生雙模壓縮與糾纏。
