原子玻色--爱因斯坦凝聚中自旋压缩的相干控制

摘要

最近二十年来，自旋压缩引起了理论和实验物理学家的广泛关注。其原因主要来源于自旋压缩的两种应用：研究粒子关联和纠缠，以及在实验中提高测量精度。但是，自旋压缩的定义并不是唯一的，应用最广泛的主要有三种：Kitagawa和Ueda的定义、Sorensen等人的定义和Wineland等人的定义。本论文主要研究了利用电磁诱导透明(electromagneticallyinduced transparency，简称EIT)和强外场控制玻色-爱因斯坦凝聚体(简称BECs)的自旋压缩，以及利用EIT控制探测光和BECs原子的杂化自旋压缩。本论文共分为三部分：
　　 第一部分包括第一章和第二章。在第一章中介绍了自旋压缩的研究背景和研究现状。第二章介绍了一些自旋压缩的基本理论，包括自旋压缩的定义、自旋压缩参数以及自旋压缩参数与对偶关联、量子纠缠和量子Fisher信息的关系等。
　　 第二部分是本论文的主要工作，包括第三章和第四章。第三章研究了利用EIT相干控制BEC的自旋压缩，这里探测光和耦合光都是经典处理的。首先用绝热消除和久期近似推导了系统的有效哈密顿量(推广的单轴扭曲模型)，然后再研究如何通过调节EIT的参数控制平均自旋方向、平均自旋长度和由Kitagawa和Ueda定义的自旋压缩参数。在第四章，提出了一个用EIT控制杂化自旋压缩的方案，其中的探测光是量子化的，而耦合光是经典处理的。利用绝热消除，系统就变成了一个有效的两模系统，一个模是探测激光，另一个模是处于最低能态的凝聚体。通过计算我们得到了平均自旋方向、平均自旋长度和由Sorensen等人定义的自旋压缩参数的解析表达式。结果表明通过调节探测光子与原子的偶极相互作用和双光子失谐量可以有效地控制前述参数。
　　 第三部分是第五章，研究了利用一个外场控制自旋压缩的方案，利用冷冻自旋近似(frozen-spin approximation)得到了近似的解析解。研究发现平均自旋方向固定在x方向，而自旋压缩周期性地出现在z方向，通过调节外场的强度和增加凝聚原子的数量可以产生自旋压缩，有效失谐量对自旋压缩并没有影响。
　　 第六章是对本文工作的总结和展望。