平面自旋压缩态的产生与原子干涉的机理

在玻色-爱因斯坦凝聚体中实现自旋压缩和量子纠缠,对于提高原子干涉测量相位灵敏度和原子钟精度有着非常重要的意义.基于一种新的平面自旋分量的不确定性关系,介绍了如何利用两分量玻色-爱因斯坦凝聚系统中原子间相互作用提供的非线性效应和原子内部能级间线性耦合,实现量子平面自旋压缩(挤压)和模式纠缠.描述了一项关于平面压缩态的理论工作,该工作利用哈密顿量的精确对角化求解系统基态,优化非线性作用和线性耦合强度比值,使得包含平均自旋方向在内的两个正交自旋分量的不确定度同时压缩,因此在平面上所有相位角度的涨落都受到压制,而在与该平面垂直的第三个自旋分量方向反压缩.利用传统自旋压缩判定纠缠,只能判断多个不可分辨的原子处于纠缠态,而平面自旋压缩可以检测两个可区分模式(比如,原子内态)间的纠缠,从而在不同模式间进行量子信息处理.同时,为实现超越标准量子极限的原子干涉相位精密测量,传统方式是利用单个自旋分量压缩,但需要对待测相位角度有很好的估计,或者可以进行多次测量以逐渐逼近可获得的最大压缩极限,这就要求量子态可以被精确的重复制备.而利用平面自旋压缩,对任意未知相位角度只需要测量两个垂直自旋分量就可以实现高的相位测量灵敏度.

利用脉冲延迟实现微波波导中量子态存储与异地按需读取

量子存储是实现长距离量子通信的关键步骤,也是量子信息处理的重要基础.在满足存储时间长、保真度高的基础上,实现量子态的异地按需读取对构建实用化量子网络有着重要意义.本文基于受激拉曼绝热路径(stimulated Raman adiabatic passage, STIRAP)的方法,提出了通过设计可控脉冲延迟在一维微波波导中实现高保真度的量子态存储与异地按需读取的理论方案.该方案不仅可以根据需求在异地决定读出时间,且可以降低原始STIRAP方案所需的脉冲面积,降低能量消耗.数值计算的结果表明,该方案实现的保真度对波导中的平均热光子数及读出脉冲的持续时间均有较强的鲁棒性.

基于自由电子-光子相互作用的干涉效应产生光学猫态

由自由电子-光子相互作用引起的新型量子效应因其在超快量子信息处理中的潜在应用而引起了越来越多的关注.薛定谔猫态是量子信息处理中极其重要的量子资源,本文基于光子诱导近场电子显微镜提出了制备与调控含有大量光子的光学猫态的理论新方案.基于自由电子与光子间多通道相互作用的量子干涉效应,可观测到输出光场量子态的Wigncr负性随相互作用强度的振簕现象,且在Wigner负性的振荡峰值处可以实现保真度高于0.99的光学猫态.通过改变自由电子-光子间相互作用强度,以及对电子进行不同的投影测量,可以对猫态尺度等性质进行调控.本研究刻画了输出光场的精密测量能力,揭示了猫态在量子精密测量任务中的优势,加深了人们对于自由电子-光子相互作用的量子效应的认识与理解,为非经典量子态的超快制备与调控提供了全新的思路.