STIRAP在耗散Λ系统下的态传输极限

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在量子信息和量子工程中,量子态传输是一项基本且重要的研究内容。在很多情况下,两个目标子系统无法直接进行相互作用。此时就可以考虑存在第三个中间子系统,该子系统分别与两个目标子系统相互作用,从而使得两个目标子系统之间存在间接耦合。对于此类间接的态传输系统,绝热拉曼通道(STIRAP)是受到广泛应用的方案之一,该方案的主要优点:对于实验操作的误差包容性较大,同时适用于存在较大耗散的中间子系统。但由于STIRAP要求系统绝热演化,这就会导致整个态传输过程的时间非常长。当两个目标子系统存在耗散,此时长时间的系统演化就会导致最终传输到目标子系统中的量子态产生巨大的偏差。同时由于短时间的系统演化会违背绝热条件,从而产生巨大的非绝热损耗,也会使得目标子系统中的量子态产生巨大的偏差。故对于耗散系统,采用STIRAP进行态传输,在传输(演化)时间上存在着最优传输时间以及相应“最大的态传输保真度”。而本文的主要目的就是研究对与耗散系统,STIRAP态传输的保真度上界以及如何具体得到该上界。本文通过假设耗散系统近似绝热演化,且系统的耗散和退相参数相对系统间的耦合强度为微扰项,使得可以对耗散系统进行微扰处理。在此微扰的基础上利用变分分析,研究基于受激拉曼绝热通道(STIRAP)的态传输过程的优化问题。本文的主要研究结果为:1.提出了系统处理耗散Λ系统的态传输的优化方法,该方法适用于处理系统非对称等一般的情况。2.解析推导了传输保真度的上限及其相应的优化脉冲形式,并分析各退相干参数对最优传输保真度的影响。3.通过数值模拟与文献中其他加速绝热演化等态传输方案比较,给出优化方法的适用范围,发现优化结论也适用于较短时间的态传输,证明了该方法确实提供了态传输保真度的上限。
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