超短激光脈沖實(shí)現(xiàn)量子態(tài)操控.pdf

1、量子信息中用二態(tài)的量子力學(xué)系統(tǒng)來描述兩位信息，用量子邏輯門來實(shí)現(xiàn)信息的轉(zhuǎn)換和傳輸。研究表明，光場與原子相互作用表現(xiàn)出的量子效應(yīng)可以應(yīng)用到量子信息中。 本論文的工作是在光與物質(zhì)相互作用的半經(jīng)典理論方案下，首先引入獨(dú)立雙路徑和相干雙路徑的概念，研究超短激光脈沖與二體二能級(jí)體系的相互作用。二體二能級(jí)原子可以等價(jià)為一個(gè)四能級(jí)系統(tǒng)，對(duì)原子由不同的激發(fā)方式引起的不同的躍遷路徑，我們清晰地區(qū)別由獨(dú)立原子構(gòu)成的二體二能級(jí)體系和由相關(guān)原子構(gòu)成的二

2、體二能級(jí)體系之間能級(jí)躍遷的區(qū)別。分別用薛定愕表象和密度矩陣描述兩不同情況下系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)方程，得到體系運(yùn)動(dòng)方程的一般解，然后根據(jù)原子的初始條件得到原子各態(tài)的布居和糾纏度的演化。結(jié)果表明，與由獨(dú)立原子構(gòu)成體系的模型相比，相關(guān)雙原子體系在超短激光脈沖的作用下，表現(xiàn)出更加豐富的相干性，這種相干特性與體系初態(tài)、失諧量和激發(fā)的路徑都有關(guān)。通過在不同的初態(tài)下調(diào)控各態(tài)布居，可以得到不同的量子態(tài)，從而實(shí)現(xiàn)量子態(tài)的轉(zhuǎn)換。 在相干雙路徑模型中，糾纏度

3、大小可以通過調(diào)節(jié)入射單光脈沖的面積來實(shí)現(xiàn)操控。兩相干原子在實(shí)際系統(tǒng)中不可能是完全孤立的，必然會(huì)受到環(huán)境的影響產(chǎn)生退相干，退相干會(huì)破壞量子相干性，從而是量子信息失真，我們考慮系統(tǒng)中兩原子有偶極作用，進(jìn)而推導(dǎo)出環(huán)境中系統(tǒng)含耗散的主方程。 其次，研究了脈沖對(duì)與單二能級(jí)原子的相互作用。證明了單脈沖與單二能級(jí)原子相互作用的哈密頓量由于缺少整體相位不能實(shí)現(xiàn)一位通用量子邏輯門。本文用含相對(duì)延時(shí)τ的脈沖對(duì)與二能級(jí)原子相互作用，在旋波近似下可求得

4、的解析解。結(jié)果證明，本模型的哈密頓量為SU(2)結(jié)構(gòu)，通過幺正變換改變哈密頓量可使二能級(jí)體系的整體波函數(shù)獲得一個(gè)可控總體相位項(xiàng)，從而實(shí)現(xiàn)通用單量子邏輯門。 光與物質(zhì)相互作用的相干瞬態(tài)效應(yīng)，其量子特性廣泛應(yīng)用于量子信息的存儲(chǔ)和處理中，其中光子回波的量子記憶功能可以實(shí)現(xiàn)量子信息的中繼。我們考慮光的傳播效應(yīng)，用超短激光脈沖與介質(zhì)作用，用Maxwell-Bloch方程數(shù)值模擬光子回波，發(fā)現(xiàn)出現(xiàn)回波的關(guān)鍵在于在計(jì)算時(shí)對(duì)非均勻展寬的取值，要