高阶量子关联效应的相干控制研究

The nonlinear optical processes can be used effectively to obtain lower order quantum correlations and higher order quantum correlations. It is well known that the nonlinear parametric interaction processes, nonlinear Raman processes, and multi-wave mixing processes etc. can be realized based on atomic coherence effects. In the present project, we will investigate theoretically the generation of higher order quantum correlations based on the coherence controlled nonlinear processes. The main contents include the following two aspects: i) we present different schemes to obtain higher order quantum correlations by using the atomic coherence induced by external fields or injected atomic coherence. ii) we analyze and explore the intrinsic physics for the generation of higher order quantum correlation. Long-lived atomic coherence, stabilization and no need of non-classical input fields are the main advantages of the present schemes, which may find potential applications in precision measurement and quantum communications.

非线性光学过程是获得低阶量子关联的典型方法，也是获得高阶量子关联的重要手段。众所周知，利用原子相干效应可以获得非线性参量相互作用过程、非线性拉曼过程、多波混频过程等。本项目拟将原子相干控制的非线性过程和高阶量子关联的研究结合起来，旨在从理论上研究相干控制的高阶反聚束效应、高阶压缩和高阶纠缠。主要研究内容包含以下两个方面：一、基于外场诱导相干和注入原子相干的方式提出获得高阶量子关联效应的不同机制。二、分析和探索产生高阶量子关联效应的内在物理机制。相干控制的高阶量子关联具有相干时间长，稳定以及不需要输入非经典场等优势，在精密测量和量子通信方面具有十分重要的应用价值。

本项目在光与物质的相互作用系统中，利用典型的量子光学方法研究了高阶量子关联效应的相干控制，主要完成了以下几个方面的内容。一、利用库工程机制获得了稳定的低阶和高阶量子关联。在多能级原子系统中，在恰当条件下，系统内在的耗散机制导致量子模获得稳定的高阶量子纠缠、高阶压缩等。我们发现，这个过程可以通过调节场的相位、频率和强度进行控制。二、研究了辐射的荧光光子二阶强度关联及三阶强度-幅度关联的动力学行为。在三角形原子系统中，强关联和反关联可以通过调节相位获得，强度-幅度的关联行为在正时和负时区间表现出对称和不对称的关联行为。三、以二能级系统为例，在非绝热消除条件下获得了输出增强的量子关联。这是由于腔反馈机制和相干控制的双模压缩热态的共同作用的结果。四、在具有简并能级的原子系统中，我们证明了自发辐射相干，非相干泵浦过程的量子干涉以及注入原子相干等方式可以有效地调节压缩和纠缠。五、基于原子相干效应研究了手性分子中的光学双稳态和压缩真空库对原子局域化的影响等。