Author Affiliations
Abstract
1 Quantum Institute for Light and Atoms, State Key Laboratory of Precision Spectroscopy, Department of Physics, School of Physics and Electronic Science, East China Normal University, Shanghai 200062, China
2 Shanghai Branch, Hefei National Laboratory, Shanghai 201315, China
3 School of Physics and Astronomy, and Tsung-Dao Lee Institute, Shanghai Jiao Tong University, Shanghai 200240, China
4 Shanghai Research Center for Quantum Sciences, Shanghai 201315, China
5 Collaborative Innovation Center of Extreme Optics, Shanxi University, Taiyuan 030006, China
Quantum parameter estimation is a crucial tool for inferring unknown parameters in physical models from experimental data. The Jaynes–Cummings model is a widely used model in quantum optics that describes the interaction between an atom and a single-mode quantum optical field. In this Letter, we systematically investigate the problem of estimating the atom-light coupling strength in this model and optimize the initial state in the full Hilbert space. We compare the precision limits achievable for different optical field quantum states, including coherent states, amplitude- and phase-squeezed states, and provide experimental suggestions with an easily prepared substitute for the optimal state. Our results provide valuable insights into optimizing quantum parameter estimation in the Jaynes–Cummings model and can have practical implications for quantum metrology with hybrid quantum systems.
quantum Fisher information Jaynes–Cummings model parameter estimation theory Chinese Optics Letters
2023, 21(10): 102701
1 福建信息职业技术学院光电器件集成工程中心, 福建 福州 350003
2 福建工程学院国脉信息学院, 福建 福州 350014
3 龙岩学院物理系, 福建 龙岩 364012
通过场(原子)约化熵、量子相对熵研究了各种双模非经典光场(包括纠缠相干态、对相干态、 双模压缩真空态)与Ξ 型三能级原子作用时的纠缠特性,讨论了原子初态和光场参数的影响,并与赝自旋算符构造的贝尔 算符期待值进行了对比。结果表明:熵与贝尔算符期待值具有相似的演化趋势;相对于贝尔算符期待 值,熵更易受原子相干性的影响;纠缠最大时非局域性也最大,纠缠最小时贝尔算符期待值并不是最小。 在贝尔算符期待值较小时纠缠仍可能较大,这说明纠缠和非局域是量子世界中既相互关联又独立的2个不同属性。
量子光学 熵特性 非局域性 双模相干光场 非简并双光子Jaynes-Cummings模型 quantum optics entropy properties nonlocality two-mode coherent optical field non-degenerate two-photon Jaynes-Cummings model
新疆师范大学物理与电子工程学院, 新疆 乌鲁木齐 830054
基于Dakic提出的几何量子失协度量方法,研究了 双Jaynes-Cummings(J-C)模型的几何量子失协。分析了初始态纯度、纠缠度、腔与原子间的 耦合常数及腔内光子数等对几何量子失协随时间演化特性的影响。结果表明:通过提高纯度、 初始纠缠度的值可以增大几何量子失协;非零光子数导致几何量子失协振荡衰减;通过调整腔与原子间的耦合常数可以改变振荡频率。
量子光学 Jaynes-Cummings模型 量子纠缠 几何量子失协 quantum optics Jaynes-Cummings model quantum entanglement geometric quantum discord
曲阜师范大学山东省激光偏光与信息技术重点实验室, 山东 曲阜 273165
在腔量子电动力学模型中引入经典场驱动原子, 通过设置原子-腔场的频率失谐量与经典场驱动强度的关系, 实现有效Jaynes-Cummings模型到反Jaynes-Cummings模型的转化, 从而达到控制系统动力学过程的目的。分别讨论了三原子Greenberger-Horne-Zeilinger (GHZ)型和W型纠缠态在不同原子-腔场有效相互作用模型下的纠缠动力学行为。结果发现, 在经典场驱动下, 三原子纠缠在动力学过程中可以实现从存在纠缠死亡现象到无纠缠死亡现象的转化, 从而抑制纠缠突然死亡现象的发生。探究了泄漏腔情形下三原子GHZ型和W型纠缠态在演化过程中的纠缠稳健性, 得到了三原子GHZ型和W型纠缠态在动力学过程中纠缠稳健性最强的有效原子-腔场相互作用模型。
量子光学 纠缠态 Jaynes-Cummings模型 反Jaynes-Cummings模型 光学学报
2016, 36(12): 1227001
1 南通大学计算机科学与技术学院, 江苏 南通 226019
2 南京大学计算机软件新技术国家重点实验室, 江苏 南京 210093
3 南京航空航天大学计算机科学与技术学院, 江苏 南京 210016
为进一步增强进化算法在最小属性约简过程中的全局求解性能,提出了一种基于量子云模型反馈的 协同精英属性均衡优势集成约简算法,该算法首先设计一种基于云模型反馈的量子自适应旋转角调整 策略,使量子蛙群精英在云模型定性知识和罚因子反馈指导下自适应控制属性搜索空间范围;然后构 建一种有限理性区域下协同精英均衡优势属性分解框架,在动态精英演化区域内使参与属性约简的量 子蛙群精英在平均权重裕度下协同化达到Nash均衡优势区域;最后量子蛙群精英采用集成化操作机制 在各自均衡优势区域内协同提取属性约简子集,从而稳定取得全局最优约简特征集。实验结果表明本 算法求解全局最优属性约简集效率、精度和稳定性等具有明显优势,应用到孕龄新生儿脑MRIs电子 病历分割,进一步表明该算法具有较强的应用性能。
量子光学 属性集成约简 量子云模型 协同精英 均衡优势 quantum optics Jaynes-Cummings model quantum entanglement quantum discord geometrical quantum discord
新疆师范大学物理与电子工程学院, 新疆 乌鲁木齐 830054
利用单Jaynes-Cummings (J-C) 二能级原子和孤立原子构成的模型,研 究了该模型中的各种量子关联。基于Dakic等提出的几何量子失协的度量方法,采用数值计算方法分析了系统中两原子间几何量子 失协的演化,同时给出了量子纠缠和量子失协的演化。研究结果表明:通过提高两原子间初始纠 缠度及处于W态时的纯度可以提高系统的量子关联。耦合常数和光子数在量子关联演化过程中扮演了重要角色。
量子光学 Jaynes-Cummings模型 量子纠缠 量子失协 几何量子失协 quantum optics Jaynes-Cummings model quantum entanglement quantum discord geometrical quantum discord
新疆师范大学物理与电子工程学院,新疆 乌鲁木齐 830054
利用单J-C二能级原子和孤立原子构成的模型,研究了该模型中量子稠密编码的实现。详细讨论了两原子处于W态时的纯度,两原子间初始纠缠度及光子数等系统参量对稠密编码信道容量的影响。计算结果表明,通过提高初始态的纯度及纠缠度可以提高稠密编码信道容量。尤其是在腔中光子数为零时,还可以实现最优稠密编码,而光子数为非零时,信道容量随时间振荡衰减。
Jaynes-Cummings模型 稠密编码 信道容量 Jaynes-Cummings model dense coding capacity
1 北京交通大学海滨学院, 河北, 黄骅 061199
2 西南科技大学理学院, 四川，绵阳 621010
在非旋波近似下对双光子Jaynes-Cummings（J-C）模型与单模相干态光场相互作用的量子特性进行了精确求解。对双光子J-C 模型与单光子J-C 模型量子纠缠和原子布居数反转的演化特点进行了对比，讨论了平均光子数、光场与原子之间的耦合强度以及失谐对量子纠缠以及原子布居数反转的影响，数值计算的结果表明，随着光场与原子之间耦合强度的增大，量子纠缠的周期性逐渐消失，随着平均光子数的增加，纠缠达到较稳定的最大值所需时间逐渐增大。无论耦合强度、平均光子数还是失谐的增大，由非旋波项产生的虚光子效应逐渐增强，量子纠缠演化曲线和原子布居数反转的塌缩区出现小锯齿状振荡。
量子光学 双光子Jaynes-Cummings模型 非旋波近似 量子纠缠 原子布居数反转
安徽师范大学 物理与电子信息学院, 芜湖 241000
为了研究非线性对囚禁离子沿两个正交方向的振动模式之间的互相关函数的影响, 采用理论分析和数值计算相结合的方法, 对单个2维三能级囚禁离子与两个经典驻波激光相互作用的非线性双光子Jaynes-Cummings模型进行了严格求解, 并对囚禁离子沿两个正交方向的振动模式之间的互相关函数进行了数值分析。结果表明,当初始平均量子数较小时, 反关联效应随Lamb-Dicke参量的增大先是增强然后减弱, 但是关联效应却随Lamb-Dicke参量的增大一直增强。随着初始平均量子数的增大, 反关联效应会减弱直至消失;表征非线性效应的Lamb-Dicke参量和初始振动运动平均量子数对交叉关联有明显的影响。
量子光学 交叉关联函数 囚禁离子 非线性Jaynes-Cummings模型 quantum optics cross-correlated function trapped ion nonlinear Jaynes-Cummings model
福建信息职业技术学院电子工程系, 福建 福州 350003
基于非简并双光子Jaynes-Cummings 模型研究了对相干态光场的各种非经典性质,例如光场的反群聚效应, Cauchy-Schwarz不等式违背, 光场的双模压缩性质等。结果表明,通过选择一定的参量或者通过选择性地探测原子内态,能使上述 非经典性质得到明显增强。此外,使用Ξ型三能级原子与对相干态光场作用和使用Λ 型三能级原子与光场作用相比,各种非经典性质可以获得更佳的效果。
量子光学 非经典性质 非简并双光子 Jaynes-Cummings 模型 对相干态 quantum optics nonclassical properties non-degenerate two-photon Jaynes-Cummings model pair coherent states
