腔光力系统量子信息处理的理论研究

Optomechanical system can couple objects with different frequency, it is of advantages in precision measurement, information conversion etc.. Therefore, the optomechanical system plays significant role in quantum information domain. In the project, we will investigate the quantum procedure of quantum illumination, quantum triode and quantum storage and state exchange of cavity optomechanical system. We would like to improve signal-to-noise ratio of quantum illumination. We try to reserve the nonlinearity and establish the dynamical approach for multi-body interaction theory under the strong coupling case. As an application, we will study the scheme of quantum triode. Under non-Markovian environment, we research the effects of the nonlinear interaction. In addition, we investigate hybrid system consisted of optomechancial and optomagnetic components so as to improve the nonlinearity and store quantum information via the long-life of the magneton. We try to explore the nature of gravity and the role of gravity in precision measure. These studies can not only provide a theoretical tool for quantum optical related problems, but also play an important role in the practical application of the system.

光力系统可以实现不同频率物体的耦合，因而在精密测量、信息转换等方面具有优势，是一个重要的量子器件。本项目拟研究光力系统作为量子照明（雷达）、量子三极管，量子存储与交换等器件的信息处理理论。给出提高光力系统量子照明信噪比的方案；提出光力系统单光子强耦合的处理方法，给出直接处理多体相互作用的理论，并以此为工具研究光力系统的量子三极管方案；在非线性作用下，考虑非马尔科夫环境下的动力学；探索利用光力磁混合系统提高非线性以及作为量子存储与交换器的方案；尝试探究引力的性质，研究精密光力系统中，引力可能起到的作用。这些研究不但可以提供量子光学相关问题理论工具，而且对于该系统的可能实际应用起到重要作用。

腔光力系统对于揭示量子与经典交界问题具有独到的作用，是量子弱信号测量、量子信息处理的重要量子器件之一。. 本项目围绕腔光力系统这一物理体系，我们研究了光力系统用于弱信号测量的反馈噪声及热噪声抑制问题；继续发挥我们在光力系统非马尔科夫环境下的研究优势，探究了非线性非马尔科夫问题的处理方法，研究了非马尔科夫环境下的非互易传输问题，发现在马尔科夫下不可识别的非互易传输，在非马尔科夫条件下呈现非互易。研究了光、声、磁混合系统的量子效应，发现相消干涉引起的非传统阻塞机制，不能同时实现光子、声子和磁子的阻塞；而在由单个二能级原子单激发共振条件下，即使在弱光力耦合区，也能同时实现光子、声子和磁振子的阻塞，为利用混合光、声、磁作为单比特提供了思路。研究了光磁系统奇异点和非互易放大传输之间的关系，提出了一个利用杂化腔磁系统作为两个节点构建级联量子网络的方案。最后，我们研究了光力系统量子信息与量子控制，涵盖李雅普诺夫控制用于机械振子压缩与制冷的研究，光力系统中实现非线性增强和光子（声子）阻塞；混合腔光力系统非经典态的研究；光力系统量子模拟研究，非互易传输与量子门操控方案。这些研究对于光力系统作为可能应用的量子器件具有理论意义，为相关实验提供依据。. 围绕上述研究内容，发表了25篇SCI论文，全部标注基金号，项目负责人作为通讯作者的研究论文23篇，合作研究论文2篇。其中Phys. Rev. 论文 5篇，Opt. Lett. 1篇，Opt. Expr. 5篇，Annalen der Physik 6篇，国内SCI期刊论文4 篇，其他SCI论文4 篇。