基于受激拉曼绝热过程实现原子相干的转移及其应用

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原子相干一直是光与原子相互作用领域重要的研究课题之一。原子相干的发现和发展与激光发明与发展有着密不可分的联系,随着激光的出现,人们发现由于激光的作用原子会变现出一系列新奇的物理现象,如相干粒子数捕获,电磁感应光透明,无反转光放大,无吸收高折射率,弱光非线性,光速减慢等。本文将讨论通过受激拉曼绝热方法实现原子相干转移的可行性,并在此基础上研究其在慢光存储及量子控非门上的应用。本论文共分五个部分,具体内容如下:第一部分:介绍几种不同的产生原子相干的方法,受激拉曼绝热过程的研究历史和现状。第二部分:介绍描述量子系统的三种基本图像,处理光与物质相互作用问题的半经典理论,分析原子相干现象常用的缀饰态理论。第三部分:这里我们研究了一种基于受激拉曼绝热技术对已经存在的相干进行操控的方法。受激拉曼绝热技术是一种实现粒子数搬移的有效方法,这里我们将验证受激拉曼绝热过程不仅可以实现粒子数的搬移,同样可以实现相干的转移。首先在理论上,我们利用一个四能级爪型原子模型,模拟原子基态相干的转移过程,然后在实验上,我们以87Rb原子蒸汽为实验介质,选择适合的能级结构,进一步验证这种方法的可行性。第四部分:在电磁感应光透明条件下,绝热地将耦合光强度降低为零,可使探测光群速度降低为零并以自旋相干的形式将其存储于介质中。一定时间之后,再绝热地恢复耦合光强度如初,可将原子自旋相干转化为初始的光信号,即将存储的信息读取出来。由于光信号是以相干的形式存储于介质中,如果在信号存储时间内的对相干进行调控,就可以有效的调整恢复信号。在存储的时间内,通过受激拉曼绝热技术对已有的弱相干进行操控,就可以实现存储信息的受控转移。在理论上,我们选择一四能级爪型原子模型,首先利用其中的三能级结构模拟光存储的过程,然后再对基态相干进行转移操作,从而实现光信息的受控转移。第五部分: Nicklas等人提出在稀土离子参杂晶体中利用电子在高激发态布居产生的偶极相互作用,并通过π脉冲技术可实现可控量子逻辑门。在此基础上,我们设计了一种基于受激拉曼绝热过程的量子非门,由于受激拉曼绝热过程可有效的避免粒子数出现在高激发态,从而避免在量子位控制过程中的偶极相互作用,可以有效的实现多量子位的控制。
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