光場(chǎng)量子態(tài)的性質(zhì)及其耗散研究.pdf

1、量子信息處理過(guò)程中，信息的載體是量子態(tài)，關(guān)鍵技術(shù)之一是操控量子態(tài)，制備盡可能多的非經(jīng)典光場(chǎng)量子態(tài)是量子信息研究的重要基礎(chǔ)和先決條件，對(duì)光場(chǎng)量子態(tài)的制備及其性質(zhì)(反聚束效應(yīng)、亞泊松分布、壓縮效應(yīng)和負(fù)的Wigner函數(shù))研究尤為重要。
　　 由于制備光場(chǎng)量子態(tài)是量子信息研究的先決條件。在本論文第三章，利用典型的光場(chǎng)量子態(tài)，首次在理論上通過(guò)玻色湮滅和產(chǎn)生算符的逆算符分別作用在平移Fock態(tài)上制備了增、減光子平移Fock態(tài)。又利用玻色產(chǎn)

2、生算符作用于壓縮真空態(tài)上得到了增光子壓縮真空態(tài)，同時(shí)闡述了在實(shí)驗(yàn)上如何制備增光子壓縮真空態(tài)。
　　 量子信息研究的光場(chǎng)量子態(tài)應(yīng)為非經(jīng)典光場(chǎng)量子態(tài)，非經(jīng)典光場(chǎng)量子態(tài)可通過(guò)其非經(jīng)典性質(zhì)來(lái)反映。在本論文的第四章，根據(jù)二階關(guān)聯(lián)函數(shù)、Q因子、壓縮效應(yīng)和Wigner函數(shù)首次對(duì)所制備的光場(chǎng)量子態(tài)(增、減光子平移Fock態(tài)，單光子增壓縮真空態(tài))和Fock態(tài)及其疊加態(tài)的性質(zhì)進(jìn)行了數(shù)值計(jì)算和分析討論。結(jié)果顯示增、減光子平移福克態(tài)在｜α｜2較小區(qū)域展

3、現(xiàn)出反聚束效應(yīng)和亞泊松分布；單光子增壓縮真空態(tài)展現(xiàn)出明顯的反聚束效應(yīng)和壓縮效應(yīng)，這表示這些光場(chǎng)量子態(tài)為非經(jīng)典光場(chǎng)量子態(tài)。這些光場(chǎng)量子態(tài)的Wigner函數(shù)在相空間都有明顯的負(fù)值分布。?？藨B(tài)｜1>、｜2>和｜3>的Wigner函數(shù)波包為非高斯波包，且隨著光子數(shù)的增加，Wigner函數(shù)變化也越復(fù)雜。在相空間中心區(qū)域，Wigner函數(shù)的峰值與福克態(tài)數(shù)n的奇偶性存在一定的聯(lián)系：n為奇數(shù)時(shí)，Wigner函數(shù)的尖峰向下，n為偶數(shù)時(shí)尖峰向上。Fock態(tài)

4、疊加態(tài)的Wigner函數(shù)有明顯的向下負(fù)值尖峰和向上尖峰，這反應(yīng)出兩量子態(tài)的疊加性質(zhì)。單光子增壓縮真空態(tài)的Wigner函數(shù)與?？藨B(tài)｜1>的Wigner函數(shù)相似，只是取負(fù)值的相空間被壓縮了?？傊@些光場(chǎng)量子態(tài)都具有明顯的非經(jīng)典特性，為非經(jīng)典光場(chǎng)量子態(tài)。
　　 量子信息的處理不可避免地受到環(huán)境的影響，因此量子退相干和量子態(tài)非經(jīng)典性質(zhì)消失的研究對(duì)量子信息處理具有重要意義。Fock態(tài)、?？藨B(tài)疊加態(tài)和增光子壓縮真空態(tài)在量子信息中具有重要的

5、價(jià)值，然而未見(jiàn)對(duì)其耗散研究的報(bào)道。在本論文的第五章，根據(jù)Wigner函數(shù)的定義和密度算符主方程理論，利用糾纏態(tài)表象和拉蓋爾多項(xiàng)式與厄米多項(xiàng)式的性質(zhì)，首次解析推導(dǎo)了?？藨B(tài)、?？藨B(tài)疊加態(tài)和單光子增壓縮真空態(tài)的Wigner函數(shù)隨時(shí)間的演化，并對(duì)各參數(shù)如何影響這種演化進(jìn)行了數(shù)值計(jì)算和分析討論。在僅耗散情況，初始這些光場(chǎng)量子態(tài)的Wigner函數(shù)具有明顯的非經(jīng)典性質(zhì)，且Wigner函數(shù)的負(fù)值在相空間中有明顯的投影區(qū)域：｜1>的Wigner函數(shù)負(fù)值投

6、影區(qū)域?yàn)橐粓A面；｜2>的Wigner函數(shù)負(fù)值投影區(qū)域?yàn)橐豢諏?shí)心圓環(huán)；｜3>的Wigner函數(shù)負(fù)值投影區(qū)域?yàn)橐恢行膮^(qū)域的圓面和一實(shí)心圓環(huán)；｜1>和｜2>疊加態(tài)的Wigner函數(shù)負(fù)值投影區(qū)域?yàn)閮蓚€(gè)半月形；單光子增壓縮真空態(tài)的Wigner函數(shù)負(fù)值投影區(qū)域?yàn)橐粓A面。隨著時(shí)間的演化，這些光場(chǎng)量子態(tài)Wigner函數(shù)的負(fù)值向正的方向收縮，Wigner函數(shù)負(fù)值的相空間投影區(qū)域也減小。若演化時(shí)間足夠長(zhǎng)，這些光場(chǎng)量子態(tài)的Wigner函數(shù)負(fù)值將消失，Wign

7、er函數(shù)負(fù)值所對(duì)應(yīng)的相空間投影也消失，最終原來(lái)的非經(jīng)典光場(chǎng)量子態(tài)將演化為真空的純態(tài)。在有驅(qū)動(dòng)的耗散情況下，當(dāng)耗散系數(shù)k和耗散時(shí)間t給定時(shí)，隨著驅(qū)動(dòng)系數(shù)g的增大，這些光場(chǎng)量子態(tài)的Wigner函數(shù)負(fù)值將向正的方向收縮直至負(fù)值消失，Wigner函數(shù)負(fù)值所對(duì)應(yīng)的相空間投影將減小直至消失，非經(jīng)典的光場(chǎng)量子態(tài)將演化為經(jīng)典量子態(tài)。當(dāng)驅(qū)動(dòng)系數(shù)g取不同值(大于或小于耗散系數(shù)k)時(shí)，對(duì)于同一光場(chǎng)量子態(tài)，Wigner函數(shù)的負(fù)值演化至負(fù)值消失所需時(shí)間不同。當(dāng)耗