發(fā)布時間：2021-10-27 04:23

　　里德堡原子間的相互作用為人們在少體和多體物理以及量子信息應用的研究領域中探究中性原子提供了很多的可能性。這種長程相互作用衍生出許多有趣的效應,其中就包括里德堡阻塞效應。這種效應可以在很小體積內(nèi)阻止多個里德堡原子同時被激發(fā)到里德堡態(tài)上。人們基于里德堡阻塞效應,從理論和實驗上實現(xiàn)了與各種各樣量子信息科學相關的工作,比如量子計算,糾纏態(tài)制備,量子算法,量子模擬器,量子中繼器。另外,將里德堡原子的相互作用與雙光子失諧相結合又可以產(chǎn)生與里德堡阻塞相反的效應——里德堡反阻塞效應。該效應恰好促使了多個里德堡原子的同時激發(fā),并且也在量子信息科學中得到了廣泛關注,不僅可以用于兩比特或者多比特量子邏輯門操作,還能用于各種糾纏態(tài)的制備。在本文中,我們主要研究基于里德堡原子的量子信息處理的新方案。首先,利用里德堡反阻塞效應,我們成功實現(xiàn)了具有高保真度的KnillLaflamme-Milburn（KLM）糾纏態(tài)的耗散制備。整個系統(tǒng)由兩個里德堡原子組成。將里德堡反阻塞效應與微波場和量子耗散巧妙結合,KLM態(tài)會成為系統(tǒng)唯一的穩(wěn)態(tài)。因此,不需要精密的與時間相關的控制,系統(tǒng)就能夠穩(wěn)定在KLM態(tài)上。并且該方案不但不需要選... 

【文章來源】：東北師范大學吉林省 211工程院校 教育部直屬院校

【文章頁數(shù)】：125 頁

【學位級別】：博士

【部分圖文】：

里德堡阻塞效應示意圖

5子被激發(fā)到里德堡態(tài)上的時候，在其阻塞半徑內(nèi)的其他里德堡原子會因為這個原子產(chǎn)生的強相互作用而無法再被激發(fā)的里德堡態(tài)上。這種不能同時被激發(fā)的效應，就是里德堡阻塞效應。圖1.1里德堡阻塞效應示意圖為了進一步了解里德堡阻塞效應的機制，先以兩個二能級里德堡原子作為例。在圖1.1(a)中，我們假設有兩個二能級里德堡原子與兩個頻率為的激光耦合，來實現(xiàn)基態(tài)和里德堡態(tài)之間的躍遷。其中基態(tài)為|0，里德堡態(tài)為|r。整個系統(tǒng)的哈密頓量可以寫成1,20H.c.,iiHrUrrrr(1.11)這里U為里德堡相互作用，i表示第i個原子。如果系統(tǒng)由00開始演化，根據(jù)(1.11)式可以得到00到D(0rr0)/2再到rr的演化路徑，正如圖1.1(b)所示。但是由于里德堡相互作用項的存在，會導致rr的能級產(chǎn)生平移，使得原本共振的耦合，出現(xiàn)一個失諧U，當失諧量足夠大的時候，就會導致系統(tǒng)無法演化到rr態(tài)上，也就形成了里德堡阻塞效應。圖1.2利用里德堡阻塞實現(xiàn)兩比特邏輯門的示意圖。圖片源于參考文獻[12]。

6如何利用里德堡原子之間的這種阻塞相互作用來完成對人們有利的方案呢？最早的想法產(chǎn)生于2000年Jaksch等人[21]的文章中，他們將這種效應用于實現(xiàn)量子門操作，并且由Lukin等人[22]于下一年迅速擴展到介觀領域的多原子系綜的量子邏輯操作。其中利用里德堡阻塞實現(xiàn)兩比特邏輯門的基本思路，可以從圖1.2中了解到。兩個里德堡原子會接連受到三個脈沖。第一個是一個脈沖作用在控制原子(control)上，實現(xiàn)1r的躍遷，第二個脈沖是一個2脈沖作用在目標原子(target)上，實現(xiàn)1r1的過程。第三個脈沖是一個脈沖再次作用在控制原子上，實現(xiàn)r1的躍遷。而系統(tǒng)的初始狀態(tài)則會有兩種情況，第一種如圖1.2(a)，在初始時刻，系統(tǒng)的兩個原子處于01態(tài)上，控制原子的0態(tài)不會和里德堡態(tài)發(fā)生耦合，那么在三個脈沖過后，目標原子會獲得一個相位。而對于第二種情況，如圖1.2(b)，第一個脈沖導致控制原子處于里德堡態(tài)上，這將會產(chǎn)生里德堡阻塞效應，抑制目標原子無法再被激發(fā)到里德堡態(tài)上，當三個脈圖1.3對比沒有里德堡阻塞的30p態(tài)和有里德堡阻塞的70p、80p態(tài)在峰密度為1036.510cm的里德堡激發(fā)情況。插圖是放大后的在原點附近的區(qū)域。圖像縱軸用來描述的是激發(fā)的原子與總原子數(shù)的比值，橫軸為輻射照度。圖像來自于參考文獻[26]。沖過后目標原子沒有獲得一個相位。整個過程可以用基矢{00,01,10,11}來寫成演化矩陣


本文編號：3460863