光与物质相互作用系统中的量子纠缠和保真度

摘要

量子化的辐射场与物质相互作用规律及其效应的研究是量子光学的基本内容。本文以Dicke模型描述的单模光场与N个原子相互作用的系统为例，详细考察了系统的量子纠缠和保真度的动力学性质。该系统非旋波近似条件下发现为混沌。研究表明：当初态位于规则区域中心时，系统的线性熵较大；初态位于经典混沌区域时系统的线性熵较小；而初态位于过渡区域时，线性熵表现为较好的过渡规律。此外，在详细考察Dicke模型经典相空间结构特点的基础上，采用“一对多”的思想，即经典相空间中的一点对应于量子体系两个初始相干态的演化，然后采取对两个初态量子纠缠动力学演化取统计平均的方法，得到了与经典相空间对应得非常好的量子相空间结构，利用平均纠缠得到一种较好的量子动力学与经典相空间的对应关系。
　　在考察Dicke模型中保真度的动力学演化性质时，我们发现：当初态位于经典区域中心时，系统保真度衰减较慢；初态位于经典混沌区域中心时，系统保真度衰减较快；而初态位于混沌过渡区域时，保真度演化曲线表现为过渡规律。因此，可以利用保真度对系统混沌进行刻画，混沌系统信息失真较大。改变系统的各种参量可以发现：当系统处于失谐情形时，与共振情形相比保真度演化曲线衰减规律被破坏，不利于对系统量子混沌的刻画。当系统能量较小时保真度演化曲线衰减较快，高能量导致系统信息失真较大。