腔量子电动力学与量子信息过程

本文简要介绍了实现量子信息的几种可能方案，特别足腔QED方案的背景、特点、主要困难和目前的进展，同时介绍了山阿大学量子光学与光量子器件国家重点实验室在这方面的实验进展。     

玻璃微球荧光的腔量子电动力学增强效应

报道了腔量子电动力学效应对高钡玻璃微球荧光光谱的影响,利用Mie散射的共振峰位计算公式,对测量的光谱进行了分析,估算了自发辐射速率的量子电动力学效应的增强因子,实验证实其增强幅度超过676倍。     

量子阱垂直腔面发射激光器及其微腔物理

根据发展历史的顺序,对量子阱垂直腔面发射激光器微腔物理进行概述,其中包括垂直腔面发射激光器、腔量子电动力学和半导体微腔物理。给出半导体垂直腔面发射激光器及其微腔物理思想来源的详细图像。     

量子丝微腔激光器

量子丝微腔激光器高效率、低电流阈值半导体激光器对通讯、光学处理和光互连等许多应用是诱人的。最近为制作这种激光器所做的研究都是依靠强电子约束或光学约束，使材料态或腔模更完善地耦合到激光过程中。例如，一维量子丝的量子约束使电子态密度浓缩到窄波带内。因此，...     

基于半导体共振腔的量子位与量子网络构建

以半导体共振腔内光子与原子的纠缠特性作为量子位,通过半导体共振腔电动力学系统将原子态转换成光子态, 根据半导体共振腔的工作特性,提出共振腔内原子与光子弱耦合与强耦合的判断条件, 并利用外加电磁场对原子的量子态进行操控,从而完成量子逻辑门的操作,再通过各共振腔量子电动力学(CQED)系统间的纠缠进行量子位扩充,实现量子计算与量子网络。介绍微碟型共振腔与单一量子点等多种模型,有助于将量子运算与量子通讯的概念转变为半导体量子器件的研制。     

单光子波包与腔-量子点相互作用的动力学研究

对单光子波包与腔-量子点模型相互作用的动力学过程进行了数学推导,并通过数值模拟实现了静态量子比特与飞行光子比特之间的相互转换。结果表明：由腔-量子点系统输出到光纤的光子是一个平滑的波包;通过改变激光脉冲作用时间等系统参数,可实现量子点中的原子和光子的纠缠,在此基础上,即可实现不同量子点中原子的纠缠。研究结果对解决利用腔-量子点系统来构造量子计算机的接口、制备纠缠态以及实现受控量子门等热点问题具有积极意义。     

半导体微腔激光器

文章简要叙述了微腔激光器的基本工作原理。采用先进的ＬＰＥ及反应离子刻蚀等微细加工技术制作了盘型－ 图钉式微腔结构,测得其有源区的光荧光谱的半宽度为０ ．０３２ ｅＶ,波长为８１５ ．３３ ｎｍ 。     

用于腔量子电动力学研究的铯原子双磁光阱

建立了铯原子双磁光阱(MOT)系统用来制备腔量子电动力学(Cavity-QED)实验所需的处于超高真空(UHV)环境中的冷原子。采用一束聚焦的连续激光束将气室磁光阱从背景铯蒸气中冷却并将俘获到的冷原子有效地输运到超高真空磁光阱,实现了铯原子双磁光阱。实验中研究了输运光束的失谐量对于超高真空磁光阱中的稳态冷原子数的影响,同时对气室磁光阱和超高真空磁光阱的装载过程作了分析。气室磁光阱和超高真空磁光阱的典型气压分别约为1×10-6Pa和8×10-8Pa,典型的稳态冷原子数分别约为5×107和5×106,冷原子等效温度约72±4μK。     

微脉塞研究进展

本文综述了微脉塞的研究进展，着重介绍了超冷原子注入的微脉塞(MAZER)的基本理论和主要结果。对有关的实验工作也作了简单介绍。     

原子-微腔耦合系统的远程量子相干及量子相变

通过原子-微腔耦合体系,在绝热近似条件下得到了系统的有效哈密顿量,实现了海森堡自旋XY模型的量子模拟过程。为了获取量子资源,基于相对熵判据分析了任意两体量子系统的量子相干性。通过严格的解析过程获得了在任意间距下两个微腔原子系统的量子相干度。随两体间距增大,远程量子相干度按幂指数规律逐渐减小。当改变系统参量时,远程量子相干度在量子临界点附近出现了数值突变现象,这为表征量子相变提供了一种可能的序参量。在考虑光场噪声对量子相干性影响后,量子相干度随着时间振荡衰减,并逐渐消失。     

基于腔量子电动力学的制备四光子GHZ态简单方法(英文)

提出一种利用阶梯型三能级原子与两个双模腔谐振相互作用制备四光子GHZ态的方案。在该方案中,量子信息编码在腔场的虎克态中。通过求解薛定谔方程,得到相互作用系统的量子态。原子通过两个腔后被测量时,场能崩塌到所需要的GHZ态。结果表明该方案简单且实验上可行。     

基于腔QED制备2n-光子GHZ态

提出一种利用一个2n-能级原子与两个n-模腔相互作用制备2n-模光子GHZ态的方案。在此方案中,2n个量子比特编码在2n个腔模的0- 和 1-光子Fock态中。由于原子与腔场之间相互作用是共振的,因此耦合强度相对较大,这将缩短所需的相互作用时间,从而降低实验中退相干的影响。     

二能级原子与相干态腔场之间的量子信息转移

利用二能级原子与腔场的大失谐相互作用Jaynes-Cummings(J-C)模型,提出了一种量子信息转移的方案.分别实现了单原子与单个腔场,纠缠的多个原子与单个腔场,及多个原子与多个腔场之间的量子信息的双向传递.     

通过腔QED实现高效的两原子的受控位相门

量子计算是近年来新出现的计算技术,具有非常好的发展前景.任何量子计算都能够被简化到一个门序列,而量子计算要利用某种物理体系来实现.介绍了一种通过腔QED实现高效的两原子的受控位相门的方案.此方案中,原子跃迁与腔模处于大失谐,因此原子自发辐射的影响得到了极大的抑制,从而提高了成功几率.而保真度取决于α、β、γ、δ几个常数的取值,数值计算结果表明我们的方案具有比较高的保真度,其保真度的平均值F=0.982318.该方案有一定的实验可行性,有望得到实验上的验证.     

激光等离子体相互作用中量子电动力学效应对激光能量吸收的影响

为了研究强激光与等离子体相互作用中的量子电动力学(QED)效应对激光能量吸收的影响,用理论方法对强度为I>10^22wcm^-2、反方向传播的两束圆极化强激光与等离子体固体靶相互作用过程进行研究。探讨经典和QED情况下的辐射阻尼效应对激光能量吸收的影响。结果表明,在QED情况下,在相互作用过程中能够产生高能电子和高能辐射。这些高能电子集体振荡过程中的辐射阻尼导致激光能量的强吸收。QED情况比经典情况具有更好的实际应用价值。     

不同光学腔中远距离原子间量子相位门的实现

提出了一个实现处在不同光学腔中的远距离原子之间的量子受控相位门方案,通过利用光子的稳定性和原子-光子在光学腔中的强耦合作用,从而得到了不同原子间的幺正演化操作。该方案不受腔中光子衰减和原子自发辐射产生的消相干影响, 从而使受控相位门操作具有高保真度。     

量子信息中的腔QED方案简介

在量子信息领域，腔量子电动力学(Cavity—QED)方案被认为是最有效的量子信息方案之一。随着技术的发展，越来越多的量子信息处理过程可通过腔-QED方案在实验上实现，例如，纠缠态的制备和量子逻辑门的实现。这里，我们将腔-QED的发展作一综述。腔-QED方案的核心就是腔场和原子的相互作用。根据原子的跃频率和场模频率的关系，我们可以将上述相互作用分为两大类：共振相互作用(原子的跃迁频率等于场模频率)和失谐相互作用(原子的跃迁频率与场模频率的失谐量很大)。从这两不同的方案出发，我们都可以实现；纠缠态的制备、未知量子态的隐形传输和量子逻辑门的构建。但是在共振相互作用中，量子信息处理过程对腔的Q值要求很高，这就使得实验实现很困难。而大失谐相互作用对腔的Q值要求大大降低，使得实验实现成为可能。通过比较，我们认为，大失谐方案为量子信息处理开辟了广阔的前景，使量子网络和量子计算机在不久的将来成为可能。     

腔QED中混态双原子系统的原子布居数演化

运用全量子理论和数值计算方法,研究了双J-C模型中处于混态的双原子系统粒子布居差的时间演化规律,讨论了原子初态及腔内光场对粒子布居差演化的影响。计算结果表明：当两腔内的平均光子数相同时,布居差的演化只与两原子的初态纯度和光场强度有关,与两原子的初始纠缠无关;而当两光腔内的平均光子数不同时,粒子布居差演化不仅与两原子初态纯度和腔内光场有关,而且还强烈地依赖于两原子的初始纠缠。