1 同济大学物理科学与工程学院,上海 200092
2 苏州大学物理科学与技术学院,江苏 苏州 215006
详细研究了两原子腔量子电动力学系统中的双光子吸收现象。在自由空间中,由于存在量子干涉效应,两个不同频率的原子无法被同时激发。但是,在强耦合的腔量子电动力学系统中,原子与腔场间的耦合导致系统中出现新的跃迁通道,从而使双原子激发成为可能。通过数值模拟主方程,详细研究了两原子腔量子电动力学系统的光子激发谱,并与双光子激发谱进行比较,证明了双光子激发的可能性。通过进一步分析光子的二阶关联函数、双原子激发概率,揭示了腔内光子的统计性质和实现双原子激发的物理机制。
物理光学 强耦合 两原子腔 腔量子电动力学 双光子过程 光学学报
2022, 42(21): 2126006
1 量子光学与光量子器件国家重点实验室, 山西大学光电研究所, 极端光学省部共建协同创新中心, 山西 太原 030006
2 山西大学大数据科学与产业研究院, 山西 太原 030006
光学腔与原子强耦合系统是量子物理研究的基本系统,不但具有重要的物理意义,而且为量子信息、量子计算和量子精密测量中关键技术的产生和关键器件的研发提供了理想系统。强耦合腔与原子相互作用实验从20世纪90年代开始发展,经过多年的研究,在单原子与光学腔强耦合和原子系综与光学腔的耦合研究方面取得了重大进展。随着多原子阵列量子操控技术的进步,可控的多原子阵列与光学微腔强耦合系统近年来成为腔量子电动力学的重要研究方向。然而,目前实现确定性可控的多原子阵列与腔的强耦合仍面临巨大的技术挑战,可控原子数还停留在两个。简要回顾了近年来光频区强耦合腔量子电动力学系统在上述方面的主要实验进展和相应的实验方案,并展望了未来的发展。
量子光学 腔量子电动力学 光学微腔 强耦合 量子调控
1 山西大学光电研究所量子光学与光量子器件国家重点实验室, 山西 太原 030006
2 山西大学极端光学协同创新中心, 山西 太原 030006
3 山西大学大数据科学与产业研究院, 山西 太原 030006
强耦合腔量子电动力学(cavity quantum electrodynamics, 简称C-QED)系统主要用于研究受限于空间中的光与物质相互作用的物理现象。该系统为深入认识原子与光子间相互作用的动力学行为提供了有力工具。高精细度法布里-珀罗光学微腔(Fabry-Perot cavity, F-P腔)作为强耦合C-QED系统的核心部分,是实现光与物质间的强耦合、探索极端条件下光与物质间的相互作用、精确操控原子以及灵敏探测相关过程等的基础。简要介绍了高精细度F-P腔及其在强耦合C-QED中的应用,包括研究背景、现状及发展动态,并就未来的发展和应用进行了展望。
量子光学 腔量子电动力学 光学微腔 光与物质相互作用
1 西安建筑科技大学华清学院, 陕西 西安 710043
2 西安建筑科技大学理学院, 陕西 西安 710055
基于腔量子电动力学 (QED), 提出了一种利用 Ξ-型三能级原子与单模腔场发生非共振相互作用制备三原子 W 纠缠态的方案。该方案要求三个三能级原子和一个单模腔场, 腔场最初处于真空态, 与腔场作用的第一个和第二个原子最初均处于激发态, 第三个原子处于基态。分析和讨论了该方案的实验可行性以及失谐量 δ 对保真度的影响。研究结果表明: 1) 当原子与腔场之间的相互作用时间不 同时, 获得该纠缠态的保真度以及相应的成功几率不同, 通过选择合适的原子与腔场之间的相互作用时间可以获得具有最大保真度的 W 纠缠态; 2) 在耦合常数不同的情况下, 失谐量 δ 对保真度的影响程度不同。此外, 研究表明该方案可以推广至制备任意分权重的W态。
量子光学 量子纠缠 W 纠缠态 非共振 腔量子电动力学 保真度 quantum optics quantum entanglement W state nonresonant cavity quantum electrodynamics fidelity
提出了一种基于V型三能级原子和腔量子电动力学系统的量子纠缠态制备方案。在不同耦合参量条件下,数值分析了任意两腔之间的纠缠演化规律。研究结果表明,当原子以恒定速度通过空腔时,通过改变耦合腔间的耦合参量,可实现对腔间纠缠的控制。利用此方案可同时实现多分量量子纠缠态的产生和控制。
量子光学 V型三能级原子 腔量子电动力学 纠缠态 并发度 激光与光电子学进展
2019, 56(4): 042701
武夷学院 机电工程学院,福建 武夷山 354300
采用Negativity度量两子系统间的纠缠,研究了两个全同二能级原子与腔相互作用系统中的量子纠缠。考虑原子与腔场失谐相互作用,并且原子间存在偶极相互作用的情况。利用数值计算方法,讨论了失谐量和偶极相互作用强度变化对量子纠缠的影响。研究结果表明:随失谐量增大和偶极相互作用强度增大,两原子间纠缠增强。另一方面,随失谐量逐渐增大,两原子间纠缠呈现出从不规则振荡向准周期性振荡转变。随偶极相互作用强度增大,原子间纠缠振荡频率加快。
量子光学 腔量子电动力学 二能级原子 失谐 量子纠缠 quantum optics cavity quantum electrodynamics two-level atom detuning entanglement
实现不同的量子信息过程通常需要不同的纠缠态,一个特殊的五粒子纠缠态已被证明可用于量子隐形传态、量子态共享以及量子密集编码等多个量子信息过程。 基于腔量子电动力学,提出此特殊五粒子纠缠态的制备方案。选择原子和腔场处于一定的初始态,让多个原子在腔场中发生相互作用,选择相互作用时间, 通过经典的幺正变换实现将五个原子制备于特殊的纠缠态。整个制备过程中原子和腔场之间没有能量的交换,无需进行任何量子测量, 这使得该方案在实验上更易实现。
量子光学 纠缠态制备 腔量子电动力学 原子和腔场相互作用 quantum optics preparation of entangled states cavity quantum electrodynamics atom-cavity interaction
山东省激光偏光与信息技术重点实验室,曲阜师范大学物理工程学院,山东 曲阜 273165
文献Phys.Rev.A 90, 042108 (2014)提出了一种级联环境模型,即单量子系统与光学腔作用,而腔又级联着一个有结构的零温玻色热库。本文在此基础上,研究两个二能级原子在该级联环境下的纠缠动力学,考察原子与腔场的耦合强度、原子间的偶极-偶极相互作用、热库的谱宽度、腔场与库间的失谐对原子间纠缠以及两原子与腔组成的三体纠缠动力学的影响。结果表明,在一定条件下两原子间的二体纠缠和原子-腔的三体纠缠在长时极限下都趋于稳定值,且随着偶极-偶极相互作用增加而增大,而无论腔场与热库耦合强弱,失谐量的增加都可以抑制纠缠的衰减。
级联环境 纠缠动力学 腔量子电动力学 hierarchical environment entanglement dynamics cavity QED
江南大学 理学院 轻工光电工程技术研究中心, 江苏 无锡 214122
为了研究量子相干性在腔量子电动力学系统中的动力学和分布特性, 基于两个各自捕获原子系综的光学腔建立了双光学腔系统, 腔与腔之间由光纤耦合.利用相对熵度量的量子相干性, 引入量子相干非平衡性的概念, 分析了系统中相干动力学和光纤-腔耦合强度对相干性分布的影响. 结果表明: 在强耦合极限下, 光纤-腔耦合强度的增加有利于保持两腔中的原子的整体相干性; 光纤-腔耦合强度、原子-腔耦合强度以及原子数三个参数之间满足特定条件时, 腔内的原子相干性可以传输至另一个腔. 考虑腔、光纤及原子都存在耗散的情形, 对比了不同耗散速率和非耗散情形下的相干性演化, 发现耗散使得耦合双腔系统的相干性以及各个腔中的原子相干性发生衰减.
量子光学 量子信息 量子相干性 退相干 腔量子电动力学 光纤 Quantum optics Quantum information Quantum coherence Decoherence Cavity quantum electro dynamic Optical fiber 光子学报
2016, 45(11): 1127003
以半导体共振腔内光子与原子的纠缠特性作为量子位,通过半导体 共振腔电动力学系统将原子态转换成光子态, 根据半导体共振腔的工作特性,提出共振腔内原子与光子弱耦合与强耦合的判断条件, 并利用外加电磁场对原子的量子态进行操控,从而完成量子逻辑门的操作,再通过各共振腔量子电动 力学(CQED)系统间的纠缠进行量子位扩充,实现量子计算与量子网络。介绍微碟型共振腔与单一量子点等 多种模型,有助于将量子运算与量子通讯的概念转变为半导体量子器件的研制。
量子光学 半导体共振腔 共振腔量子电动力学 耦合强度 量子点 微碟型共振腔 quantum optics semiconductor cavity cavity quantum electrodynamics coupling strength quantum dot micro-dish cavity