【摘要】：里德堡原子是指原子的最外層電子被激發(fā)到主量子數(shù)n非常大的高激發(fā)態(tài)(里德堡態(tài))情況下的原子,它們的電偶極矩比一般中性原子大很多,因而里德堡原子之間存在很強(qiáng)的偶極-偶極相互作用,使得當(dāng)多個(gè)相互作用的里德堡原子被共振光場(chǎng)激發(fā)時(shí),僅有一個(gè)原子可以被激發(fā)到里德堡態(tài),這就是備受關(guān)注的里德堡阻塞效應(yīng)。此外,處于里德堡態(tài)的原子還具有自發(fā)輻射壽命長(zhǎng)等特點(diǎn)。近年來(lái),里德堡阻塞效應(yīng)在量子信息、超冷等離子體、原子相干激發(fā)和多體物理等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用,引起了人們很大的興趣和深入研究。本論文基于里德堡原子間的強(qiáng)偶極-偶極相互作用,研究了下面三個(gè)方面的內(nèi)容,取得了若干具有一定創(chuàng)新性的研究結(jié)果:首先,我們求解了在共振激光驅(qū)動(dòng)下的兩個(gè)偶極-偶極相互作用的階梯型三能級(jí)里德堡原子組成的體系的本征態(tài),發(fā)現(xiàn)該系統(tǒng)具有兩個(gè)能量本征值為零的本征態(tài)(二重簡(jiǎn)并的暗態(tài)),這與文獻(xiàn)Phys.Rev.Lett.100,170504(2009)單個(gè)暗態(tài)的結(jié)論是不同的。由于該文獻(xiàn)利用受激拉曼絕熱跟隨技術(shù)來(lái)產(chǎn)生糾纏態(tài)和實(shí)現(xiàn)量子邏輯門(mén),而絕熱跟隨技術(shù)在非簡(jiǎn)并情況下和簡(jiǎn)并情況下有不同的結(jié)論,所以上述文獻(xiàn)存在著不足之處,對(duì)此我們進(jìn)行了討論和評(píng)述。我們還求解了在共振激光驅(qū)動(dòng)下的兩個(gè)偶極-偶極相互作用的Λ型四能級(jí)里德堡原子所組成的體系的暗態(tài),發(fā)現(xiàn)該系統(tǒng)具有五重簡(jiǎn)并的暗態(tài),這個(gè)結(jié)果為我們研究基于暗態(tài)的等效矢勢(shì)和磁單極子奠定了基礎(chǔ)。第二,我們研究了激光驅(qū)動(dòng)下的兩個(gè)Λ型四能級(jí)里德堡原子組成的體系中產(chǎn)生等效矢勢(shì)的方法。根據(jù)Wilczek和Zee的理論,我們基于上述簡(jiǎn)并暗態(tài)計(jì)算了該體系的非阿貝爾幾何相,得到了等效矢勢(shì),并提出了一個(gè)產(chǎn)生磁單極子的方案。第三,我們研究了光學(xué)腔中的里德堡超級(jí)原子,提出了兩個(gè)可以產(chǎn)生量子糾纏態(tài)的方案。在這部分工作中,里德堡原子為階梯形三能級(jí)結(jié)構(gòu),其中下面的兩個(gè)能級(jí)與光學(xué)腔中的單模腔場(chǎng)相互作用,而上面的兩個(gè)能級(jí)被激光場(chǎng)驅(qū)動(dòng)。這個(gè)體系可以簡(jiǎn)化為里德堡超級(jí)原子與光學(xué)腔模和原子模的三體相互作用的體系。我們發(fā)現(xiàn),通過(guò)控制光場(chǎng)與原子相互作用的失諧量和相互作用時(shí)間,可以產(chǎn)生腔場(chǎng)模與原子模的量子糾纏態(tài)。另一方面,如果兩個(gè)或兩個(gè)以上的里德堡超級(jí)原子同時(shí)與光學(xué)腔的單模腔場(chǎng)相互作用,可以通過(guò)與腔場(chǎng)的共同作用,使兩個(gè)或多個(gè)里德堡超級(jí)原子糾纏起來(lái)。
【學(xué)位授予單位】：上海師范大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類(lèi)號(hào)】：O562.4
【圖文】：

稱(chēng)為“范德瓦爾斯力”。范德瓦爾斯力普遍存在，它一般遠(yuǎn)小于向性；但是它可以影響物質(zhì)的屬性，例如氦氣的熔點(diǎn)是 4K，而21K。這是因?yàn)殡钡碾娮颖群ざ�，受到的范德瓦爾斯力更大，所斯力的束縛轉(zhuǎn)變成氣體的溫度也很高。另外較重的原子在臨近原偶極矩更大，因而具有更大的范德瓦耳斯相互作用。偶極-偶極相互作用是指具有永久電偶極矩或被誘導(dǎo)電偶極矩的的靜電相互作用。以中性原子為例，雖然整個(gè)原子是電中性的，的影響下，原子被誘導(dǎo)而產(chǎn)生電偶極矩。個(gè)電偶極子的電偶極矩分別為1 ，2 ，那么它們之間的偶極-偶（原子單位）可以寫(xiě)為： 3,512312RRRRVRdd 表電偶極子間的位置矢量。量子系統(tǒng)中，可以用 er ' 表示電 與 '代表不同的原子狀態(tài)。

我們討論兩種極限情況。(1)在圖 1-2（A）中，當(dāng)312 R時(shí)，得到 3122 2RE (泰勒展開(kāi))。于是 666212RCREpp ,此時(shí)范德瓦爾斯勢(shì)（van der Waals 長(zhǎng)程勢(shì)）起主要作用，根據(jù)2 n以及-3 n，進(jìn)而得出范德瓦爾斯相互作用系數(shù) C6與主量子數(shù) n 的關(guān)系為116C n。而相互作用勢(shì)是排斥或者吸引取決于失諧Δ的符號(hào)。范德瓦爾斯相互作用在超冷里德堡銣原子長(zhǎng)程相互作用中擔(dān)當(dāng)著至關(guān)重要的角色。(2 在圖 1.2（B）中，當(dāng)312 R時(shí)，起作用的是共振（Forster 共振）偶極-偶極相互作用，33RCEpp ，其中43C n,相互作用能的大小由31 R 決定。

師范大學(xué)碩士學(xué)位論文 第 1 章由于具有較大的偶極矩，里德堡原子之間的長(zhǎng)程偶極 偶極相互作用極3]。這種強(qiáng)烈的偶極-偶極相互作用會(huì)引起原子共振能級(jí)的移動(dòng)，所以當(dāng)同時(shí)滿(mǎn)足共振躍遷條件的時(shí)候，只有一個(gè)原子能有激發(fā)到里德堡態(tài)，另的激發(fā)因?yàn)槟芗?jí)的移動(dòng)而被抑制。以此類(lèi)推，在臨近范圍內(nèi)的其他原子該里德堡原子的影響而無(wú)法激發(fā)，這種效應(yīng)被稱(chēng)為“里德堡阻塞效應(yīng)”或塞”[14]。類(lèi)似于庫(kù)侖阻塞，這個(gè)過(guò)程是由于相互作用勢(shì)誘導(dǎo)能級(jí)移動(dòng)或的[15]。

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本文編號(hào)：2770334