基于光子与原子分子杂化纠缠态的量子操控与应用研究

光子和原子因其本身特有的量子纠缠特性及其可操控性目前已成为研究量子信息与高精密测量备受关注的研究对象。受量子涨落的影响，高保真度量子态的制备和控制一直是量子光学与原子光学中具有挑战性的课题，本项目探讨采用量子操控实现非经典量子态的高保真度制备；光子与原子的离散与连续变量量子态在当前技术水平下已容易制备和控制并已应用于量子信息处理，但光子与原子相结合的杂化纠缠态的系统研究迄今为止还没有完全展开。本项目通过产生纠缠的附加单光子相干态来实现一种光子的杂化纠缠态，使离散变量和连续变量协同起来，并由光子推广到原子分子量子体系，探讨实现原子分子的杂化纠缠态及其在量子信息中的应用。本项目的实施与成功将为量子光学、原子光学与量子信息科学增添新的内容，并为高精密控制在量子信息科学中的应用铺垫道路和奠定理论基础。

量子纠缠在量子通信中具有重要作用，受量子涨落的影响，高保真量子态的制备和操控一直是一个关注热点。利用光、原子、超导系统、腔量子动力学、囚禁离子、核磁共振等可以制备纠缠源并应用于量子信息，而光和原子分子系统是重要的研究对象。根据量子系统本征态分布特征，量子通信包括离散变量量子通信和连续变量量子通信，二者各有优缺点。探索各种纠缠态的远程制备及杂化量子信息处理，使离散和连续变量量子通信协同起来，实现高效高保真量子通信的研究成为目前极具挑战性的课题。本课题主要围绕光、冷原子和纠缠态，并结合与此相关的冷原子与量子信息领域内的前沿问题，做了一些理论计算和模拟：电磁诱导透明用于探测超冷原子相位、光晶格技术对超冷原子系综的量子调控、光晶格中超冷原子量子相位和相变的探测、三量子比特类W态的量子动力学性质，此外利用第一性原理对过渡金属Mn原子掺杂金团簇的稳定性等也做了一些有趣探讨。这些结果有助于深入研究基于光子与原子分子系统的高保真纠缠态远程制备及杂化量子信息处理等。