發(fā)布時間：2021-04-01 23:04

　　近來,具有手征性光-物質(zhì)耦合作用體系量子特性的研究引起了研究者們的廣泛關(guān)注。這是因為:（1）該研究可以加深人們對光-物質(zhì)相互作用的理解。（2）可以通過手征性耦合來調(diào)控分子或者原子。（3）構(gòu)建具有手征性的的開放性量子網(wǎng)絡(luò)�；诖嘶A(chǔ),文章研究了具有手征性原子-光物質(zhì)耦合體系的量子特性。首先,我們研究了一個含有簡并參量下轉(zhuǎn)換的光腔和一個二能級原子構(gòu)成的雜合系統(tǒng),且二者均與一個共同的一維光子波導(dǎo)發(fā)生單向性耦合。將一維光子波導(dǎo)中的光子模式視為白噪聲熱庫,當(dāng)腔-原子系統(tǒng)與波導(dǎo)發(fā)生弱耦合相互作用時,利用波恩-馬爾科夫近似可以得到腔-原子體系滿足的主方程。當(dāng)激光驅(qū)動場非常微弱時,可以將光子的Fock態(tài)截斷在有限的希爾伯特空間,并由此得到了系統(tǒng)演化到退相干-自由子空間的條件,同時,也給出了產(chǎn)生暗態(tài)的條件,并且發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)通過兩個不同的路徑可以退化到一個純的暗態(tài)。之后利用數(shù)值計算求解主方程,獲得了與解析解一致的結(jié)果。其次,我們討論了具有手征性耦合的腔-原子體系中原子的熒光光譜性質(zhì)�？紤]由激光驅(qū)動非簡并的三能級級聯(lián)型原子與雙模光腔體系,光腔包含一個非簡并下轉(zhuǎn)換（NOPO）,且原子與腔通過一維光波導(dǎo)形成單向耦合... 

【文章來源】：華中師范大學(xué)湖北省 211工程院校 教育部直屬院校

【文章頁數(shù)】：100 頁

【學(xué)位級別】：博士

【部分圖文】：

圖１．２在光子納米結(jié)構(gòu)中定向耦合的示例：（ａ）圖表示的是兩個方向相反的圓形極化偶極子經(jīng)過??自發(fā)輻射衰減到光子晶體波導(dǎo)中不同的方向

在電介質(zhì)納米結(jié)構(gòu)［４２，?６４，?６５，?６７，７２］或者等離子體納米結(jié)構(gòu)［６８－７１］中，將經(jīng)??典發(fā)射器［６８－７４］或者量子發(fā)射器［４２，?６４，?６５，?７５］與束縛光場相耦合時，可以觀察到定??向耦合現(xiàn)象。如圖１．２所示。人們還評估了在光子晶體波導(dǎo)中，缺陷的存在對定向耦合??位置的穩(wěn)定性的影響［７５，７６］，結(jié)果表明，定向耦合的位置在這類系統(tǒng)的分布具有較好??的穩(wěn)定性。文獻(xiàn)［４２］中的實驗結(jié)果表明，在經(jīng)過特殊設(shè)計的光子晶體波導(dǎo)中，量子發(fā)射??器的光學(xué)躍遷的螺旋性決定了在波導(dǎo)中單光子發(fā)射的方向。在所有發(fā)射的光子都耦合??到波導(dǎo)的條件下，超過９０％的單光子在波導(dǎo)中具有單一方向性。??１．３．２里德堡原子或者離子拼構(gòu)建的手征性量子網(wǎng)絡(luò)??手征性量子網(wǎng)絡(luò)不僅可以通過將原子與光子波導(dǎo)中的光子耦合來實現(xiàn)，其他能夠??替代光子波導(dǎo)作為量子通道．的方案也相繼提出。圖１．３．（ｂ）中是將原子與一個一維自旋鏈??中的磁振子耦合的系統(tǒng)，該一維自旋鏈?zhǔn)怯桑▔A金屬）里德堡原子陣列構(gòu)成，可以通??過光晶格［７７，?７８］、光鑷［７９，?８０］或者磁阱［８１，８２］來實現(xiàn)。利用偶極－偶極相互作用中固??有的軌道－自旋特性可以實現(xiàn)原子與磁振子之間的手征性相互作用［８３－８５］。??圖１．３．（ｃ）則是原子與一維聲子波導(dǎo)中的聲子耦合的系統(tǒng)。該聲子波導(dǎo)實際是由離??子阱排列而成，且每個離子阱是一個二能級系統(tǒng)。與之前方案不同的是，在這個體系??６??

應(yīng)；ｔｅ?＝?±７Ｔ／２。紅色線表示的是耦合強(qiáng)度卯。??對于里德堡原子Ｓ?＝?１／２，對于離子ｓ?＝?０。式子中的存在使得在Ａ；處出現(xiàn)非??堆成的耦合現(xiàn)象。如圖１．４所示ａ?＜?０表示向右傳播，＞?０表示向左傳播），??在扣＝＜２處，向右傳播的模式比向左傳播的模式具有更大的耦合。這就意味著形成了??單向性耦合。??同時也有其他更靈活的耦合方案被提出，比如將二能級系統(tǒng)通過其它途徑間接地??和波導(dǎo)耦合起來。如圖ａ所示，二能級系統(tǒng)與一個光腔耦合，而腔的輸出端與一個循環(huán)??器或者其它非互交型器件連接。在壞腔極限下（ｋ》．＜７），一組這樣的量子位節(jié)點通過??波導(dǎo)可以構(gòu)成單向量子網(wǎng)絡(luò)。此時有效的二能級系統(tǒng)到波導(dǎo)的衰減率為７?＝?２ｐ２／／ｃ，其??中３是二能級系統(tǒng)－腔的耦合系數(shù)。另外一種是可以在電路諧振腔環(huán)境中實現(xiàn)這種單向??設(shè)計，如圖ｂ所示�；蛘哌\用光力傳感器系統(tǒng)也可以來實現(xiàn)這種單向耦合，如圖ｃ所示??的。??（ａ）?°＾ｌ?（ｂ）?｛Ｃ）?ｊｎ＾??＝＝＼〇／：＝?ｄｈＦ?—卜憙卜?ｗ－－今．＝??｛?ｃｈａｒｇｅ?ｑＵｂｉｔＶ?＼?ａｌ??＾６?＾Ｌ／ｃａｖｉｔｙ??＼?１?Ｉ?Ｌｊ?＇?ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ?ｍ?ｓｐｉｎ??＼?—?）?■?ｒｅｓｏｎａｔｏｒ?ｑｕｂｉｔ??圖１．５?其他可以實現(xiàn)級聯(lián)型量子網(wǎng)絡(luò)的物理實體：（ａ）將腔與循環(huán)器連接，（ｂ）非交互性超導(dǎo)電路上??的單向調(diào)節(jié)


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