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,特别是腔QED方案的背景、特点、主要困难和目前的进展,同时介绍了山西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。

微腔与腔量子电动力学研究进展

光学微腔中原子之自发辐射与自由空间中原子的自发辐射有着重要的不同。微腔能够控制腔内原子的自发辐射,使自发辐射得到抑制或增强,并有可能使自发辐射成为一个可逆过程。由此发展起来的腔量子电动力学能够阐述腔场与原子的相互作用。本文简要介绍了这一研究领域的背景和进展,同时介绍了微腔的重要应用-无阈值激光器。

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．

光纤耦合的腔量子电动力学系统中的分布式量子信息（英文）

光纤耦合的腔量子电动力学系统是一个完美的理论模型,可以实现决定性的量子信息过程.该文综述了最近在光纤耦合的腔量子电动力学系统中实现分布式量子信息处理的工作.讨论了如何在该系统中实现量子态传输、纠缠分配和量子逻辑门,并概述了多种不同的方案,如共振耦合、绝热操控、虚激发过程.最后,讨论了这个方向上的实验进展.

电路量子电动力学中基于超绝热捷径的控制相位门实现

针对绝热算法在系统演化过程中需要较长操作时间的问题,本文提出了电路量子电动力学系统中基于超绝热捷径的两量子比特控制相位门的快速制备方案.首先将量子比特的能级进行编码,针对不同初始态分类讨论,获得系统的有效哈密顿量.通过反绝热驱动,推导出系统有效哈密顿量的修正项,以抑制不同本征态之间不必要的跃迁,从而获得了高保真度的基于超绝热捷径控制相位门.数值模拟验证了本方案的有效性,最终保真度为0.991.所提方案可以加速演化,并且比绝热通道更有效.此外,本方案对谐振器的衰减和超导量子比特的退相干具有鲁棒性.通过对谐振腔的泄漏、量子比特的自发辐射和退相位的影响分析,得到的系统最终保真度始终保持在0.984以上.

利用腔量子电动力学方法实现压缩叠加态的量子隐形传态(英文)

利用大失谐的原子 -腔场相互作用和Bell态测量 ,提出了一个量子隐形传态方案。在这个方案中 ,两个具有相同振幅和相对位相的压缩真空态的任意相干叠加态被传送。为了实现这个方案 ,一个最大纠缠压缩真空态被用来作为量子信道。这个量子隐形传态方案成功的几率是 0 .5。

单原子脉塞和单原子激光——腔量子电动力学的实验平台(英文)

单原子脉塞和单原子激光是腔量子电动力学研究的重要实验平台。本文综述关于几类单原子脉塞和单原子激光的研究工作,包括德国Walther小组的单原子脉塞、超冷原子注入的单原子脉塞,法国Haroche小组的腔量子电动力学系统、注入原子的单原子激光、以及囚禁原子和囚禁离子的单原子激光。我们介绍相关的理论工作、实验系统、以及主要结果。

耗散腔量子电动力学系统中量子Fisher信息和量子相干性分布

基于耗散腔量子电动力学系统,研究了两量子比特间的量子Fisher信息和量子相干性受环境耗散的影响。发现量子Fisher信息在初始时刻会随着时间的演化而增大,而且经过较长相互作用时间后,两量子比特间会呈现稳态的量子Fisher信息。其次,还发现环境耗散并不会完全摧毁两量子比特间的量子相干性,当作用时间较长时,稳态量子相干性可以在两量子比特间得以存活,并且稳态量子相干性对于系统的初始参数,环境的耗散系数以及腔场的平均光子数都非常敏感。最后,借助迹距离的方法,还探讨了环境耗散对于系统中量子信息流动的影响。

关于量子电动力学中若干问题的讨论

在量子力学中,力学量是用算符来表示的,算符作用在波函数上,从而获得刻画微观量子态的态矢量。借助于公理化方法,量子力学表现为由抽象的希尔伯特空间来描述微观粒子运动规律的理论体系。量子电动力学是量子力学的延续,但它引进了场论的观念。本文主要结合量子电动力学中的若干问题进行探讨。

无规范的量子电动力学

电磁场的量子化总是针对一定的规范进行的,如常用的库仑规范和洛伦兹规范等,但对于不同的规范,往往要采取不同的处理手段.这使得理论上显得不尽完美.文献[1]直接对电磁场的场强进行量子化,从而避开了规范问题,不过讨论的是自由场情况,文献[2]以不同的方式给出了类似的研究,本文仍以矢势A和标势(?)作为描述电磁场的基本场量,同样可以得到不加规范或与规范无关的电磁场的量子化结果,而且自由场和相互作用可以得到统一描述,有关问题也可以得到圆满解释。

基于腔量子电动力学的两原子远程态制备方案

提出了一个以两原子纠缠态和三原子W类纠缠态作为量子通道,在腔量子电动力学(QED)体系中实现两原子纠缠态的远程制备方案。借助于另一位接收者帮助,发送者通过控制原子与腔相互作用时间,可以概率地将被传送的两原子纠缠态远程制备到2位接收者中的任何一位的手中,而无需借助于辅助系统。

增光子二模纠缠相干态的纠缠特性及其通过腔量子电动力学的制备(英文)

分析了增光子二模纠缠相干态的纠缠特性,得到共生纠缠度的解析表示式.结果表明:增光子二模纠缠相干态的共生纠缠度与叠加态的相位有非常灵敏的关系.提出了一种制备增光子相干态和增光子二模纠缠相干态的方法,其制备过程为首先把增光子相干态转化为相干态与真空态一种特殊的叠加态(叠加系数与相干态振幅有关),再通过位于高Q腔内的原子与经典激光场的相互作用,从而实现增光子相干态的制备.通过一个飞行原子先后与两个光腔中光场相互作用可以实现增光子二模纠缠相干态的制备.

量子电动力学中有效势的积分表示式

本文首先在标量场论下,用最速下降法对量子电动力学中有效势的泛函形式做了简要评论:然后将该形式应用于量子电动力学,并采用单圈近似公式,导出了有效势的积分表示式。由于在单维空间与单维时间中,量子电动力学不存在自发的对称性破缺,从而证明本文导出的有效势的积分表示式是正确的。

量子电动力学重整化理论的形成

全面系统地论述了量子电动力学重整化理论的形成过程。介绍了 2 0世纪 30年代发现的量子电动力学的发散困难 ,考查了同一时期的实验状况 ,介绍了促使重整化理论形成的两个关键实验 :兰姆位移和电子的反常磁矩实验 ,着重研究了施温格、朝永振一郎、费曼和戴逊提出各自的量子电动力学重整化理论及其关于重整化理论的物理思想。

超强激光与固体靶作用驱动量子电动力学级联和稠密正电子产生的研究进展

极端超短超强激光脉冲的诞生将光与物质的相互作用推进到由辐射阻尼效应和量子电动力学(QED)效应占主导的高度非线性物理范畴。强场QED效应蕴含了丰富的物理过程包括辐射阻尼、高能伽马辐射、正负电子对产生、QED级联、真空极化等,是高能量密度物理和强场物理研究领域的前沿热点。QED级联是解释致密天体辐射和伽马射线暴形成的重要物理机制,其产生的稠密正电子源在高能物理、材料无损探测、癌症诊断等领域亦有重要的应用前景。介绍了QED级联过程及其理论模型,讨论了固体靶中的QED级联发展及其诱导的非线性物理效应,并回顾了固体靶中稠密正电子产生的主要研究成果。

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。

促使学生的能力发生跃变——谈《量子电动力学》课教学体会

我校应用物理系研究生的研究领域是现代光学。我们把《量子电动力学》作为必修的基础课之一,共目的是为了加强研究生的理论基础,使学生在学习电动力学与量子力学的基础上掌握电磁相互作用的量子理论;也是为掌握光的量子理论打下必要的基础。本课程是研究生第一学期主修的课程,总学时为60学时,计8个学分。主要参考书采用古普塔著的《量子电动力学》。这门课程,对于非理论物理专业本科毕业的学生来说,学习的难度确实很大。但是,本科生与研究生的教学方法和要求有很大差别,尤其在自学能力和认识客观事物的思想方法方面更为明显。这就促使我们在课程教学中不仅要传授必要的科学知识,而且要善于指导学习方法和培养实际工作的能力,使学生在运用知识的能力上发生跃变。下面来谈一谈我们的做法与体会。一、引导研究生克服“三难”。

基于可调腔量子电动力学系统中多比特纠缠态的制备

量子纠缠态是量子信息处理和量子通信领域中的核心资源。在量子计算机的硬件研究中,超导系统具有较为突出的优势,本论文结合该系统最新的实验进展,提出了在可调腔量子电动力学系统中实现多比特量子纠缠态的制备方案,频率可调的超导腔与相位比特之间的耦合作用形成XY形式,通过调节腔场的频率依次与不同的比特一个接一个地共振作用,并控制合适的作用时间,将会便捷地实现纠缠态制备。基于该系统可控制强、相干性好、易扩展等优点,本方案在实验上具有一定的可行性和指导意义。

背景场中非对易量子电动力学

将电磁场分为经典背景场加上扰动部分,得到扰动电磁场的作用量。利用Faddeev-Popov方法,我们给出在经典电磁场背景下非对易量子电动力学的费曼规则。传播子函数非对易修正表明光子的质量依赖于动量与外场。我们还计算了对易理论中不存在的经典电磁场对光子散射过程的不变振幅。该结果可以用来检测非对易的存在。

计算机代数在量子力学和量子电动力学中的应用

本文通过作者具体工作的几个例子说明计算机代数在量子力学和量子电动力学中的应用。它们是:①以一维多项式幂次势的计算为例说明升降算符的计算机代数处理方法;②以因式分解法解三维谐振子径向方程为例说明解析递推关系和公式匹配的计算机处理;③以特殊函数为例说明递归的使用方法;④以Compton散射和电子-电子散射为例说明γ矩阵和Feynman图的计算机代数处理方法。并且最后讨论了在量子力学和量子电动力学中应用计算机代数的一些情况。