利用原子的相干效应生产多模压缩态和Greenberger—HornE-Zeilinger纠缠态

摘要

自从Cavies等人所做的工作开始，量子噪声的减少就成为了量子光学、非线性光学，以及激光物理等领域中的一个重要议题。我们首先要注意到的是为了获得精确的测量结果而进行操控量子涨落的可能性。压缩是这样定义的，对于一个光学腔场，在不增加光腔的正则共轭变量的条件下，可以在某一确定的积分区域将涨落减小到真空能级以下。在这之后，关于压缩的研究已经取得比较大的成就。这既在理论上得到了证明，又在实验应用上得到体现。而随着量子电子传输网络的发展，要求能够产生多模量子电子传输网。最近，在实验上通过一种有效可行的方法已经实现了单模场和双模场的压缩算符的制备。这个压缩算符对腔场和原子的系综产生作用，但却源于原子的自由度的退耦合。在相互作用的范围内，其压缩参数和原子的数目是成比例关系的。
　　 然而据我们所知，除了上述提到的双模压缩之外，在原子系统之中还没有提出或者实现多模压缩算符的制备。在这里，我们就给出产生多模压缩算符的一种机理。多模压缩是特别重要的，因为它与完全不可分离的多体纠缠态是紧密联系的。这样的不可分离性就叫做真正的多体纠缠，而Greenberger-Horne-Zeilinger(GHZ)纠缠即是这真正的多体纠缠中的一种重要类型。在本文中，我们借助一个V型三能级原子系综，该系综由N个独立的原子组成。我们让该系综处在一个四模光学腔中，然后利用原子的相干效应来产生一个多模压缩算符。对于一个幺正多模压缩算符，我们利用光腔和原子的系综给出的一个可扩展的原理图。我们以三模和四模的情况为例来推导压缩算符，这些压缩算符都来源于原子自由度的退耦合。而且相应的压缩参数可以很大，因为它们是和原子的数目成比例的。利用输入输出理论，我们在输出端展示出可以实现的理想压缩态和完美的压缩。同时，我们也给出能够获得的三重和四边形连续变量GHZ纠缠态。这个可靠的机理建立在利用原子的相干性控制参数相互作用的基础上。而且这个机理是很容易得到扩展的，只要我们在原子系统里增加更多的跃迁。