二次型光機(jī)耦合的暗態(tài)構(gòu)造和量子多體模擬.pdf

1、光機(jī)振子系統(tǒng)通過光輻射壓力耦合光腔中光場和機(jī)械振子，近十多年來吸引了大量的關(guān)注，一方面是因?yàn)楣鈾C(jī)振子系統(tǒng)提供了一個(gè)可以在量子層面對機(jī)械振子進(jìn)行精確操控的平臺(tái)，比如對振子的冷卻，制備非經(jīng)典態(tài)，這些都是量子信息和量子計(jì)算的基本要求。另一方面，光機(jī)系統(tǒng)可以復(fù)合各種各樣的物理系統(tǒng)，以研究或驗(yàn)證各式各樣的量子現(xiàn)象。本文將分別探討單振子和多振子在二次型光機(jī)耦合系統(tǒng)中的物理過程，研究光機(jī)系統(tǒng)在量子信息和量子計(jì)算中的應(yīng)用和多體系統(tǒng)的量子模擬。本文將主要

2、分成三個(gè)部分，首先介紹研究背景，即光機(jī)振子系統(tǒng)的發(fā)展與研究現(xiàn)狀，然后是單振子的非線性暗態(tài)，最后討論用振子一維鏈結(jié)構(gòu)進(jìn)行量子多體模擬。
　　在第二部分本文考慮這樣的一個(gè)復(fù)合系統(tǒng):機(jī)械振子與光腔形成二次型光機(jī)耦合，同時(shí)腔場與原子團(tuán)的集體激發(fā)存在相互作用。因此機(jī)械振子和原子集體激發(fā)通過腔場間接連接，如果調(diào)整好系統(tǒng)的失諧量，使兩項(xiàng)相互作用剛好在腔場上形成干涉相消，則可以得到機(jī)械振子和原子集體激發(fā)之間的暗態(tài)。并且，由于相互作用強(qiáng)度能用系統(tǒng)的

3、驅(qū)動(dòng)光進(jìn)行調(diào)節(jié)，類似于原子體系里的拉曼絕熱轉(zhuǎn)移過程，我們可以完美地把振子上的量子態(tài)轉(zhuǎn)移到原子激發(fā)中，或者反過來。暗態(tài)的探測，則是通過分析腔場的出射譜，或者分析（類似于ElectromagneticallyInduced Transparency現(xiàn)象）探測光的透射率。對于系統(tǒng)的非線性暗態(tài)，我們討論了它在量子信息上的應(yīng)用，如信息的存取、壓縮等等，以及對系統(tǒng)的擴(kuò)展等等。
　　光機(jī)振子系統(tǒng)具有極強(qiáng)的擴(kuò)展性，對系統(tǒng)進(jìn)行擴(kuò)展可以得到豐富的物理

4、圖景，第三部分我們考慮N個(gè)光機(jī)振子系統(tǒng)組成的一維鏈，假設(shè)相鄰的腔場之間有隧穿，則振子和振子之間以腔場間接達(dá)成連接。通過大失諧條件絕熱消除掉腔場的影響，我們就可以得到N個(gè)振子組成的一維多體系統(tǒng)，除了含有玻色-哈勃模型的相互作用項(xiàng)外，還有一些特殊的項(xiàng)，如對隧穿作用和密度-密度相互作用。通過數(shù)值模擬可以驗(yàn)證我們得到的有效哈密頓量。由于存在這些高階的相互作用，系統(tǒng)除了有Mott絕緣相和超流相之外，還有密度波相和超固相等有趣的相，通過調(diào)節(jié)驅(qū)動(dòng)光強(qiáng)