利用光机系统制备新量子态及其非经典性的研究

来源 :江西师范大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:tomato20099002
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非经典量子态在量子光学、量子信息处理和量子基础理论研究中扮演着非常重要的角色。但是随着信息科学的发展,对量子态的要求相应提高,一些传统量子态(比如数态、奇偶相干态、热态等)在应用方面受到了限制,于是物理学家尝试用不同的方法构建新的量子态。例如,在量子计算机中构建新的量子态用以改善隐形传输的保真度、克隆和存储技术等。为了制备新的具有非经典性质的量子态,不少作者提出了各种制备方案,除了对熟知的基本量子态(粒子数态、相干态以及压缩态等)进行非高斯操作(如光子扣除和光子增加)和量子态叠加之外,近年来的实验和理论研究表明:光机系统和条件测量也可以获得新的非经典的量子态。本文主要通过光机系统和条件测量制备新的非高斯量子态并研究其非经典性。本文主要内容为:一、简要介绍量子光学的理论基础,包括有序算符内的积分技术(IWOP技术)、常见量子态的产生和特性、非经典判据等。二、介绍光机系统模型、系统哈密顿量,并通过IWOP技术导出光机系统的时间演化算符U(t)。三、研究了光场和机械振子初态为四头猫态|C4(α)>p和数态|k>m时光机系统的动力学演化特性、线性熵、非经典性、保真度。通过对线性熵的研究我们发现:系统量子态为纯态,机械振子和光场的量子态随时间在纯态与混态之间演化;在一定范围内增加参数值|α|有利于提高线性熵Sm/Sp。其后对Wigner函数和Wigner函数负部体积的研究我们发现:机械振子的Wigner函数是若干个含时位移数态的Wigner函数的叠加,叠加个数取决于光场的初始参数α;机械振子初始参数k值越大,其Wigner函数的负部体积越大,即增加声子数有利于提高机械振子态的非经典性;调节参数α,我们能调控光场量子态的的非经典性及其在相空间上的分布;我们还比较了三种不同光场初态的非经典性,发现相比较相干态|α>和偶Schrodinger猫态|C2(α)>,初始光场态为四头猫态|C4(α)>时,两子系统态具有更强的非经典性。最后研究任意时刻系统态与初态之间的保真度时我们发现只有初始光场够强时系统态矢才能演化出新的量子态。四、通过对光机系统(初态为|C4(α)〉p(?)|k〉m)的光场模进行条件测量制备位移数态及其叠加态(SDNS态)。利用IWOP技术得到了位移数态的归一化系数后,通过调节参数x,α,t0,k,g,制备各种不同的位移数态及其叠加态,发现参数α越大SDNS态所叠加的位移数态的个数越多。就该态的Wigner函数及Wigner函数的负部特征我们研究SDNS态的非经典性,发现经典量子态之间的叠加也可以制备非经典量子态,Wigner函数的负部体积随参数k的增大而增大。进一步研究量子态在热环境下的退相干和非经典性突然消失的SV时间,我们发现相比较密度矩阵对角元项,非对角元项对时间更敏感、衰减得更快。k≠0的位移数态比k=0的态抗环境干扰能力更强。本文的研究提供了一种制备位移数态的叠加态的新方法,为量子态的制备提供了一种思路和途径。可望为实验研究提供一些有益的参考。
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