光場與三能級原子相互作用的熵動力學.pdf

1、1989年，Phoenix和Knight等人將熵理論應(yīng)用于量子光學領(lǐng)域，研究光場與原子相互作用時的信息關(guān)聯(lián)與演化，顯示出很大的優(yōu)越性。由于熵函數(shù)自動包含了量子系統(tǒng)密度矩陣的全部統(tǒng)計矩，它不僅是一種十分靈敏的量子態(tài)純度的操作測量，還被用于描述量子系統(tǒng)的糾纏程度，同時也是解釋量子系統(tǒng)動力學特性的重要工具，在量子信息領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。另一方面，原子～光場糾纏特性的研究對原子、光場量子態(tài)的制備以及原子和光場的量子信息和量子計算領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)

2、用。近十五年來，人們對于標準JCM以及各種推廣形式的JCM中熵動力學作了大量的研究。但是，目前這些研究工作的一個共同特點是：(1)原子與場的耦合系數(shù)簡單地看作常數(shù)處理；(2)僅限于考慮原子運動與模結(jié)構(gòu)的二能級原子的討論。本文將從這兩方面作有意義的擴展工作。 本文首先運用全量子理論，(1)導出了考慮原子運動的Λ-型三能級原子與單模場在共振情況下相互作用系統(tǒng)中的波函數(shù)；借助遠離共振的條件△>>ω<,1>-ω<,2>I(即△>>0)，

3、也推導出了考慮原子運動與模結(jié)構(gòu)的簡并拉曼耦合J-C模型中的波函數(shù)；(2)導出了在共振情況且原子-場耦合系數(shù)隨時間線形變化時v一型三能級原子與單模場相互作用系統(tǒng)中的波函數(shù)，也推導出了變耦合系數(shù)的簡并拉曼耦合J-C模型中的波函數(shù)。然后，利用P-K熵理論，借助已導出的波函數(shù)，具體討論了不同的初始光場、原子運動與模結(jié)構(gòu)以及耦合系數(shù)的變化對原子-場相互作用中場(原子)熵的影響。 研究表明：(1)原子運動導致場熵演化具有周期性，這種周期性并

4、不依賴場的統(tǒng)計分布和強度而是依賴于原子運動和模結(jié)構(gòu)參數(shù)εP；(2)不論是共振情況還是遠離共振情況，在選取合適的參數(shù)印(這種選取在實驗上是可能的)時，都能得到較長時間的純態(tài)光場；(3)通過人一型三能級原子與單模場相互作用的演化過程并不能直接產(chǎn)生薛定諤貓態(tài)；(4)初始光場統(tǒng)計性質(zhì)的不同對場熵產(chǎn)生較大的影響；(5)線形調(diào)制使場熵呈現(xiàn)的完美周期性振蕩遭到破壞，當原子-場耦合系數(shù)變化緩慢時，原子進入統(tǒng)計混合態(tài)的速度被減緩；而當原子-場耦合系數(shù)變化