利用离子阱技术产生光场非线性和探测空间非对易性

摘要

离子阱和腔量子电动力学(QED)作为研究量子现象和验证量子理论的两个重要技术手段，在量子光学领域得到人们极大的关注。它们对开拓量子物理的应用发挥了非常重要的作用，尤其是在量子信息、量子计算、量子模拟和高精密测量等方面取得了令人瞩目的研究成果。本论文基于离子阱和腔量子QED，提出了两个具有一定创新性的理论方案: 1.将离子阱技术和腔QED技术相结合，借助两囚禁离子的声子交换，提出了产生两离子合作跃迁双光子非线性过程的理论方案。多光子非线性过程在量子信息处理和产生非经典量子态等方面具有十分重要的意义，但是实际的非线性过程需要在很强的激光场下才可以实现，而量子信息处理一般要求在单光子水平下进行。若是没有足够强的激光场条件，传统的非线性光学手段将不再适用。发现通过两个离子的声子交换，可以实现弱光场情况下的双光子非线性过程。此方案的优点是交换声子的两个通道干涉相消，从而避免了外界热噪声的影响。采用James方法，得到了比采用微扰论所得结果具有更为普遍意义的有效哈密顿量。 2.基于二维离子阱技术，提出了一个探测空间非对易性的理论方案。对一个离子在两个相互垂直的方向上都施加同样的双色激光场，通过算符和公式的变换巧妙地将空间坐标的非对易关系转化到原子内能级的布居上，这样测量原子布居即可判断空间坐标是否存在非对易性，并可给出空间非对易参数范围和离子阱环境各参数的关系，计算特定参数下能得到的最大探测概率。

目录

摘要

1．1腔量子电动力学

1．1．1腔量子电动力学概述

1．1．2 Jaynes—Cummings模型及其应用

1．2离子阱

1．2．1离子阱基本原理

1．2．2 Paul阱中囚禁离子的物理模型

1．2．3离子阱中非经典量子态的制备

1．2．4基于离子阱技术的量子计算方案

1．3空间非对易性及其研究进展

1．4本论文结构安排

第2章基于囚禁离子的声子交换实现双光子过程

2．1引言

2．2双模腔场中两原子的协作双光子跃迁

2．3基于囚禁离子的声子交换实现腔场的双光子过程

2．4本章小结

第3章利用离子阱技术对空间非对易的探测方案

3．1引言

3．2空间非对易性的物理描述

3．3非对易空间中的二维谐振子

3．4利用二维囚禁离子探测空间非对易方案

3．4．1理论模型

3．4．2操作方案

3．4．3数值计算与结果分析

3．5本章小结

4．1总结

4．2展望

参考文献

攻读学位期间取得的研究成果

致谢

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