基于暗态共振的连续体变量图态纠缠的研究

暗态共振效应是量子光学中最重要的相干效应之一，连续体变量图态纠缠是量子信息和量子网络的重要资源。本项目将致力于研究多模电磁诱导透明（EIT）系统中的量子关联效应，分析其内在的暗态物理和非线性效应机制，并建议利用多模EIT系统来获得多体连续体变量图态纠缠。主要研究内容：第一，研究多模暗共振系统内在的非线性物理和多模场之间的图态纠缠。第二，探讨在暗共振条件下多模光场与原子系综之间的混合体图态纠缠及其产生的内在机制。第三，以暗共振条件下可获得光场与原子系综纠缠为基础，研究两个或者多个原子系综之间的纠缠。连续体变量图态纠缠是研究多体纠缠和考察非定域以及退相干的基础，在EIT系统中获得的多体纠缠源具有相干性好，长时稳定的优势，有利于量子态高保真的存储和传输，因此对长距离量子网络技术的发展具有实用价值。

本项目利用典型的量子光学方法研究了多能级原子系统中基于暗态共振的多体连续体变量图态纠缠。主要研究了三个内容：一是证明了暗态共振系统中存在非线性参量相互作用过程；二是提出了几种获得多体图态纠缠的机制；三是研究了多能级系统中的非经典的强度关联效应。在三能级Λ和V型系统中，一定条件下，某些叠加态会从系统退耦合，被称为暗态，这种效应称为暗态共振效应，这种效应的物理本质是由于量子干涉。我们研究了多能级系统中基于暗态效应的量子关联。.第一、研究了相干布局捕获系统中的内在物理过程。对于三能级Λ型原子系统，在双光子共振条件附近，可利用绝热近似的方法获得系统的有效哈密顿量， 这个哈密顿量的形式类似于非线性参量相互作用过程。另外，采用解析和数值模拟的方法计算了几类高阶量子压缩，证实高阶压缩是可能的。通过研究得到如下结论，在相干布局囚禁系统中存在类似参量相互作用的物理过程，这是暗态系统获得量子关联的关键原因。.第二、研究了几种基于暗态共振形成多模场图态纠缠的机制。在一个相位依赖的相干布局捕获系统中，满足一定条件，系统约化为一个三能级系统。当约化系统处于严格暗态共振时，集合场与原子系综之间形成多体图态纠缠。此外，在四能级diamond型系统中，利用暗态效应基于多波混频获得了八模纠缠。或通过微波场耦合两个中间能级，利用双量子拍激光可以获得四体GHZ态纠缠。.第三、研究了自发辐射相干对强度关联的影响。在多能级系统中，如果近简并的能级与同一个真空模耦合，当两个偶极矩非垂直时，就会产生自发辐射相干效应。本项目研究了这种效应对于强度关联的影响，探讨了系统的动力学效应。结果表明暗态共振效应是获得非经典关联的关键因素。