激光操纵两成分玻色-爱因斯坦凝聚体的跃迁和纠缠

摘要

从1995年玻色爱因斯坦凝聚(BEC)在实验上被观测到以后，经过20年的研究，其性质已经被研究的较为透彻。处于这种状态的物质具有低的动量和长的相干长度，这能给我们捕捉和操控粒子带来很大的方便。利用它的这种特性，人们已经提出了很多操控BEC动力学的方案。但是，近年来在量子信息、量子计算等方面的实际应用给我们的操控尤其是速度提出了更高的要求，因为它要求我们对粒子的操控时间小于退相干时间，以此来保证粒子的相干性。近年来，随着激光技术的发展，脉冲激光做的越来越短，人们开始使用一种超快的脉冲激光来操控粒子并成功把单粒子的操控时间降到了ps的量级。在本文中我们尝试把这种超快激光应用到对多体两模BEC系统的动力学操控中，希望以此来提高我们操纵的速度。
　　全文由四个章节组成，第一章是绪论部分，我们简要介绍了BEC的研究历史和现状，然后介绍了一个典型的研究两模受击BEC的quantumkicked top模型和BEC中的多体纠缠。
　　第二章我们具体研究了一个受击的多体两内态BEC体系的动力学。通过量子微扰的方法我们求得了粒子在角动量本征态之间跃迁几率的解析解，通过解析解我们发现跃迁几率在一般情况下会随时间增加呈现一种振荡行为并保持为一个小值，但是有趣的是跃迁几率在特殊参数下会出现单共振和双共振的现象，在共振的情况下粒子跃迁几率随时间增加单调增长。而共振与否可以通过调节粒子间的两体相互作用强度或者激光脉冲的间隔来实现。利用这种现象，我们提出了一个在两个内态之间一个一个的输运粒子的方案和一个快速产生纠缠态的方案。
　　第三章我们考虑给上述系统加上一个常用的周期驱动，看它的动力学会有什么变化。通过Floquet理论我们求得了这个周期体系的准能量，发现粒子存在对应于虚能量的不稳定态，并研究了粒子能量为实数的稳定性条件。在满足实能量条件之后，我们获得了粒子的准能谱，而且发现粒子能级会随偏置项强度的增长出现简并和去简并的现象，通过计算我们找出了简并点出现的位置。最后我们同样研究了这种情形下粒子在不同的角动量本征态之间的跃迁几率随参数的变化。
　　第四章对本文的工作做了一个归纳和总结，并对使用超快的δ脉冲势激光操纵粒子动力学的前景做了一个简要的展望。

目录

摘要

第一章 绪论

1．1 玻色爱因斯坦凝聚体

1．2 两模受击BEC的quntum kicked top模型

1．3 BEC中的多体纠缠

1．4 本文选题意义与主要研究内容

第二章 两模受击BEC体系的量子跃迁和纠缠的相干操控

2．1 引言

2．2 微扰解析解

2．3 粒子隧穿的操控

2．4 两模纠缠态的快速产生

2．5 两模近似的可行性分析

2．6 本章小结

第三章 受击且受驱动的BEC体系的特性

3．1 引言

3．2 Floquet准能量求法

3．3 粒子隧穿的操控

3．4 小结

第四章 总结与展望

4．1 全文总结

4．2 后续工作展望

参考文献

攻读硕士学位期间完成的论文

致谢

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