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腔外原子的選擇測(cè)量對(duì)腔內(nèi)原子量子態(tài)保真度的影響畢業(yè)論文(參考版)

2025-06-25 18:15本頁(yè)面
  

【正文】 我愿在未來的學(xué)習(xí)和工作過程中,以更加豐厚的成果來答謝曾經(jīng)關(guān)心、幫助和支持過我的所有領(lǐng)導(dǎo)、老師和同學(xué)!真誠(chéng)地祝愿我們物理學(xué)院明天更加輝煌!
衷心地感謝田永紅老師的悉心指導(dǎo)和諄諄教誨!感謝張瑞和王瑞林等同學(xué)的熱心幫助!。我由衷地感謝他們!我還要特別感謝我們論文小組的成員,他們是張瑞、李清泉、王瑞林、吳升為、等,尤其張瑞和王瑞林同學(xué)對(duì)我的論文給了很多的幫助,非常感謝他們。物理科學(xué)與技術(shù)學(xué)院的領(lǐng)導(dǎo)和老師在學(xué)習(xí)和科研上給予了我耐心的指導(dǎo);在生活上給予了我無微不至的關(guān)懷。
感謝長(zhǎng)江大學(xué)和長(zhǎng)江大學(xué)物理科學(xué)與技術(shù)學(xué)院為我提供了進(jìn)一步學(xué)習(xí)的機(jī)會(huì)和良好的學(xué)習(xí)氛圍。在他的精心指導(dǎo)下,我才得以完成這篇論文。. 參考文獻(xiàn)[1] 林仁明. 雙光子疊加態(tài)的壓縮效應(yīng)和真空?qǐng)鯮abi振蕩和分裂[J]. 量子電子學(xué)報(bào), 1989,24(02):074~080.[2] 方家元,黃春佳,顏曉紅,王登龍,任鵬. Kerr介質(zhì)中光場(chǎng)與耦合雙原子相互作用系統(tǒng)的光場(chǎng)壓縮 [J]. 長(zhǎng)沙電力學(xué)院學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版),2003,16 (02) :1024~1028.[3] 李高翔,彭金生. 論JsynesCummings模型中原子偶極壓縮和光場(chǎng)壓縮間的關(guān)聯(lián)[J]. 物理學(xué)報(bào), 1995,46 (10) :436~440.[4] 王曉光, , 于榮金. Peremolv SU(1,1)相干疊加態(tài)的二階量子關(guān)聯(lián)特性研究[J]. 光子學(xué)報(bào), 1999,6 (10):784~789.[5] 田永紅, 徐大海, [J]. 原子與分子物理學(xué)報(bào),2006,23(2):0255~0260[6] 詹佑邦,周平,王郁武.雙光子JC模型中Stark效應(yīng)對(duì)量子態(tài)保真度的影響[J].光電子激光,2003,14(11):1205~1209.[7] 劉堂昆,王繼鎖,柳曉軍等.雙光子BJ模型中克爾介質(zhì)對(duì)量子態(tài)保真度的影響[J].光電子參考文獻(xiàn)在糾纏態(tài)的兩型三能級(jí)原子與雙模腔場(chǎng)相互作用系統(tǒng)中(在考慮將其中原子1注入雙模腔中與光場(chǎng),及場(chǎng)內(nèi)原子2發(fā)生相互作用的情況),光場(chǎng)態(tài)矢(實(shí)質(zhì)為光場(chǎng)的平均光子數(shù))處于不同狀態(tài)時(shí),三者的保真度演化規(guī)律又不盡相同:唯獨(dú)系統(tǒng)的保真度F1會(huì)隨值的增大而持續(xù)增加;原子的保真度F2,其振幅中心值先變小后變大,也就是說單獨(dú)改變某一光場(chǎng),對(duì)原子的保真度影響不大;光場(chǎng)的保真度就更為不同了,它隨值的增加,先增加后減弱,再又增加,而且峰值也由少增多,并且保真度振蕩曲線在后達(dá)到直線段的。此時(shí),系統(tǒng)、原子、光場(chǎng)保真度隨時(shí)間的變化趨勢(shì)大體一致,即系統(tǒng)、原子、光場(chǎng)保真度隨平均光子數(shù)的增加而減小。對(duì)比三者保真度隨時(shí)間演化圖像,我們不難發(fā)現(xiàn):唯獨(dú)系統(tǒng)的保真度F1會(huì)隨值的增大而持續(xù)增加;原子的保真度F2,其振幅中心值先變小后變大,也就是說單獨(dú)改變某一光場(chǎng),對(duì)原子的保真度影響不大;光場(chǎng)的保真度就更為不同了,它隨值的增加,先增加后減弱,再又增加,而且峰值也由少增多,并且保真度振蕩曲線在后達(dá)到直線段的。另外,我們發(fā)現(xiàn)值越小,三者的保真度越高,越接近于1(在傳輸過程中沒有失真)。 系統(tǒng)、原子和光場(chǎng)三者比較分析比較系統(tǒng)、原子、光場(chǎng)保真度的時(shí)間演化,得到以下一些結(jié)論:1)當(dāng)光場(chǎng)初態(tài)相同(即取相同值)時(shí),系統(tǒng)、原子和光場(chǎng)保真度的演化規(guī)律有相似之處,均是隨值的增大而減小。如圖32(b),;如圖32(c),;如圖32(d)。通過圖 (a) (b) (c) (d)圖32 光場(chǎng)值不同時(shí),光場(chǎng)保真度F3隨時(shí)間t的變化 , (a) (b) (c) (d) 形,我們發(fā)現(xiàn),隨著值的增加,光場(chǎng)保真度振幅的中心值表現(xiàn)為先增加后減弱,再又增加,而且峰值也由少增多,且直線段的值也逐漸增大。此外,我們還可以發(fā)現(xiàn),當(dāng)值較大時(shí)(如圖31(c),(d)所示),(如圖31(c))(如圖31 (d))。當(dāng)值逐漸增大時(shí),可以明顯地發(fā)現(xiàn)光場(chǎng)保真度隨時(shí)間的演化規(guī)律越來越不明顯,而且,保真度振幅的中心值逐漸減小。當(dāng)值很小時(shí),~1之間做規(guī)律的高頻振蕩,但范圍很小,,幾乎是趨于一條直線??偟恼f來還是當(dāng)光場(chǎng)值增加時(shí),會(huì)導(dǎo)致原子的保真度下降。我們可 (a) (b) (c) (d)圖22 光場(chǎng)值不同時(shí),原子保真度F2隨時(shí)間t的變化 , (a) (b) (c) (d) 以發(fā)現(xiàn),此時(shí)的原子保真度F2會(huì)隨著光場(chǎng)的變化而稍微變化。對(duì)比四幅圖,可以發(fā)現(xiàn),隨著值的增大,保真度隨時(shí)間的演化規(guī)律越來越不明顯,但演化周期卻越來越小。這說明當(dāng)平均光子數(shù)很少時(shí),原子末態(tài)與初態(tài)差別很小。從圖2可以看出,此時(shí),隨著 (a) (b) (c) (d)圖21光場(chǎng)值相同時(shí),原子保真度F2隨時(shí)間t的變化 , (a) (b) (c) (d) (即平均光子數(shù))的減小,保真度實(shí)際上是在持續(xù)增大的。這性質(zhì)與原子的保真度變化不同。 由此可見,當(dāng)雙模光場(chǎng)的值增大(即平均光子數(shù)增加)時(shí),系統(tǒng)的保真度會(huì)減少。最初(a),(b)都是一種獨(dú)特的上半部分有零星的峰值,而下半部分沒有了峰的圖像,最小值呈直線穩(wěn)定在0左右,表現(xiàn)為完全失真。圖12描述的是光場(chǎng)初態(tài)不同時(shí),系統(tǒng)的保真度F1隨時(shí)間t的變化情況。這是可以理解的,因?yàn)橄到y(tǒng)的保真度不可能高于組成它的兩子系統(tǒng)的保真度的。((a);(b)~;(c);(d))。也使得保真度的振蕩集中在某一時(shí)間段(如(b)和(d)所示)。但當(dāng)值增大時(shí),系統(tǒng)保真度演化逐漸變得無規(guī)律可循。當(dāng)很小時(shí),如(a)所示,~1之間做高頻振蕩,但范圍很小,,幾乎是趨于一條直線。 系統(tǒng)保真度的分析取兩原子的初態(tài)為:,這里以系統(tǒng)為例,作出它的保真度隨變化圖形,如圖11。下面我們通過數(shù)值計(jì)算來分析其相關(guān)性。同時(shí)還與時(shí)間有關(guān)。由此可以得到系統(tǒng)、光場(chǎng)、原子態(tài)的量子信息保真度的數(shù)學(xué)表達(dá)式。當(dāng)時(shí),量子態(tài)在傳輸過程中初態(tài)和末態(tài)相同,在傳輸過程中沒有失真;當(dāng)時(shí),表示信息(量子態(tài))在傳輸過程中完全失真,表明初態(tài)和末態(tài)相互正交。在這種情況下,可用下面的數(shù)學(xué)式子表示該量子態(tài)在傳輸過程中的保真度[12]。下面我們只討論純態(tài)的情況,這時(shí)施密特距離為,因此表示兩個(gè)施密特距離也可以等價(jià)的由他們的正交程度決定。對(duì)純態(tài),有 =1;對(duì)于混合態(tài),有 1 .表征了態(tài)的正交程度,對(duì)正交的兩個(gè)態(tài),=0;對(duì)于兩個(gè)相同的態(tài),有;對(duì)于兩個(gè)正交的純態(tài),;所以 。對(duì)密度算符,采用希爾伯特—施密特(Hilbert Schmidt)空間,為:         ()其中1/的引入是為了歸一化。兩點(diǎn)的狀態(tài)的差異即兩點(diǎn)的距離為 ,如果,則兩點(diǎn)重合,表示這兩點(diǎn)的狀態(tài)相同,同樣一個(gè)函數(shù),矩陣、算符等的狀態(tài)也能夠用尺度空間的距離來表示。在歐基里德空間中兩點(diǎn)距離的直觀定義推廣到尺度空間,用以表示抽象空間中的直觀距離。若利用場(chǎng)電離技術(shù)對(duì)腔外原子1進(jìn)行選擇性測(cè)量,若測(cè)得原子處于低能態(tài),那么腔場(chǎng)和原子2構(gòu)成的系統(tǒng)的態(tài)矢塌縮為 , ()上式中為歸一化常數(shù)。設(shè)初始時(shí)刻,兩原子處于糾纏態(tài),輻射場(chǎng)為相干態(tài),即 ,= , ()則系統(tǒng)初始時(shí)刻態(tài)矢可表示為 , ()式中, ,和為光場(chǎng)和的初始平均光子數(shù),為其相位角,為簡(jiǎn)單起見,設(shè)。在共振條件下,在相互作用表象中原子2和腔場(chǎng)構(gòu)成的系統(tǒng)的哈密頓量(取=1)可表示為 () 圖1 型三能級(jí)原子的能級(jí)結(jié)構(gòu)式中 ,為光場(chǎng)的產(chǎn)生算符和湮沒算符,為光場(chǎng)與原子的耦合系數(shù),為簡(jiǎn)單起見,設(shè)。其中能級(jí)與之間的躍遷是禁戒的,與和與之間的躍遷分別與頻率和的輻射場(chǎng)相聯(lián)系。2理論模型與計(jì)算公式第21頁(yè)(共19頁(yè))理論模型與計(jì)算公式在旋波近似下,考慮到兩個(gè)全同的型三能級(jí)原子1和2,原子的能級(jí)結(jié)構(gòu)如圖1所示。討論了對(duì)未參與相互作用的腔外原子進(jìn)行選擇性測(cè)量,從而影響光場(chǎng),系統(tǒng)的量子態(tài)保真度。盡管JC 模型,Tavis Cummings模型的研究已經(jīng)有了較為成熟的結(jié)論,但對(duì)于型三能級(jí)原子的量子性質(zhì)卻少見報(bào)道。結(jié)果表明,r和K值的改變對(duì)于提高保真度具有重要意義。闡明了在雙模壓縮真空態(tài)與原子通過雙光子發(fā)生相互作用過程中量子信息的保真度隨時(shí)間的演化。文獻(xiàn)[1012]研究了糾纏態(tài)原子偶極間相互作用對(duì)量子態(tài)保真度的影響,發(fā)現(xiàn)兩原子間的偶極偶極相互作用小于或者等于光場(chǎng)與原子間的相互作用時(shí),系統(tǒng)、光場(chǎng)和原子三者的量子態(tài)保真度演化無規(guī)則,都存在失真;當(dāng)偶極偶極相互作用遠(yuǎn)大于光場(chǎng)與原子間的相互作用時(shí),原子的量子態(tài)保真度接近1,兩原子趨于退糾纏狀態(tài)。文獻(xiàn)[7]研究了雙光子BJ模型中克爾介質(zhì)對(duì)量子態(tài)保真度的影響,對(duì)充滿類克爾介質(zhì)的高Q腔中的單個(gè)兩能級(jí)原子與單模相干光場(chǎng)發(fā)生雙光子相互作用時(shí)體系量子態(tài)保真度進(jìn)行討論,結(jié)果表明:當(dāng)類克爾介質(zhì)與光場(chǎng)耦合較強(qiáng)時(shí),可以使得原子的量子態(tài)保真度為1,即原子始終處于退糾纏狀態(tài),光場(chǎng)對(duì)原子的作用被類克爾介質(zhì)所屏蔽;另一方面,初始處于激發(fā)態(tài)的原子系統(tǒng)中體系量子態(tài)保真度對(duì)值的改變的反映比初始處于基態(tài)的原子系統(tǒng)要敏感。文獻(xiàn)[4]研究了相干光場(chǎng)作用下的含原子運(yùn)動(dòng)的Jaynes Cummings模型中的量子態(tài)保真度,結(jié)果表明:在相干光場(chǎng)作用下,初始處于激發(fā)態(tài)和基態(tài)的同權(quán)重迭加態(tài)的原子運(yùn)動(dòng)速度越快,體系的量子態(tài)保真度越高;場(chǎng)模結(jié)構(gòu)參數(shù)值的增加也可導(dǎo)致體系的量子態(tài)保真度的提高。近年來,保真度概念被廣泛用于量子通信和量子計(jì)算理論中,如純態(tài)編碼中的保真度、量子系統(tǒng)的初態(tài)和終態(tài)是混合態(tài)的情況下保真度的性質(zhì)、量子信息和量子隱形傳態(tài)理論中的保真度等。 在光學(xué)系統(tǒng)中,已開展了體全息圖灰度保真度的定量研究,從耦合波理論出發(fā)分析了光折變?nèi)D灰度保真度與記錄分束比的關(guān)系,用相關(guān)系數(shù)對(duì)全息重構(gòu)的保真度作定量描述。到了90年代末期,保真度的研究已經(jīng)運(yùn)用于光學(xué)系統(tǒng)和電聲轉(zhuǎn)化系統(tǒng)。有關(guān)保真度的概念得到了國(guó)內(nèi)科學(xué)家的認(rèn)同和廣泛討論。早在70年代末期和80年代初期,保真度的研究就用于電通訊中,出現(xiàn)了
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