基于耦合腔的多原子动力学的研究

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耦合光腔是研究原子与光子相互作用的一个有效系统,近年来涌现出大量基于耦合腔系统的研究工作。而实现量子态的操控一直以来都是热门的研究内容,量子计算、量子通信以及量子加密都与量子态的操控有密不可分的关系。由于实验中参数波动和噪声影响,量子态操控从理论研究过渡到实验实现需要漫长的过程,在这种情况下,非常有必要对开放系统进行研究。通过对耗散环境中量子系统的动力学演化过程的探索,能得到抵抗环境干扰的方法,从而降低对实验条件的要求。本文主要考虑在耗散情况下耦合腔中的二能级原子与光腔的动力学演化过程,具体研究内容如下:  首先,对强耗散腔与高品质腔的耦合系统进行研究,并且在强耗散腔中放入两个原子。利用近似方法和强耗散条件简化计算过程,通过理论推导得到动力学演化过程所需要的共振条件,用数值的方法模拟系统的动力学演化过程,控制参数设置得到原子与腔场布居数的相互转换,也得到了两个原子的纠缠,实现了开放系统中量子态的产生与控制,为耗散环境中制备量子态提供了一种可能的方法。  秉承上述的研究方法与过程,设计三个光腔的耦合系统。在环形的耦合腔系统中,由于直接相互作用与间接相互作用的强弱不同,主要表现出两个光腔之间周期性的布居数演化,而且通过强弱耗散的对比也说明该系统对环境干扰的抵抗能力很强,同时也发现耦合强度影响系统演化的周期。当将环形耦合光腔变成线形的耦合光腔时,只要选择适当的条件,就能通过中间腔的强耗散作用使两端光腔发生相互关联,为实现远距离通信提供一种可能的方法。  文章最后,研究了多原子形成的原子系综在耦合腔系统中的动力学演化过程。通过查阅文献找到了处理原子系综以及求解复杂哈密顿量的方法,借助Fock态分布和Wigner准概率分布完全描述量子态,完成了对系统动力学演化过程的研究。并且实现了多原子与耦合光腔的相互作用,在双模相干的基础上得到了压缩相干态。在强耗散环境下,原子系综与光腔依然能产生强相互关联,说明这种抵抗环境干扰的方法可以应用在多原子组成的系统中。
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