光場量子態(tài)的性質及其耗散研究.pdf

1、量子信息處理過程中，信息的載體是量子態(tài)，關鍵技術之一是操控量子態(tài)，制備盡可能多的非經典光場量子態(tài)是量子信息研究的重要基礎和先決條件，對光場量子態(tài)的制備及其性質(反聚束效應、亞泊松分布、壓縮效應和負的Wigner函數)研究尤為重要。
　　 由于制備光場量子態(tài)是量子信息研究的先決條件。在本論文第三章，利用典型的光場量子態(tài)，首次在理論上通過玻色湮滅和產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

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)，同時闡述了在實驗上如何制備增光子壓縮真空態(tài)。
　　 量子信息研究的光場量子態(tài)應為非經典光場量子態(tài)，非經典光場量子態(tài)可通過其非經典性質來反映。在本論文的第四章，根據二階關聯函數、Q因子、壓縮效應和Wigner函數首次對所制備的光場量子態(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)的性質進行了數值計算和分析討論。結果顯示增、減光子平移?？藨B(tài)在｜α｜2較小區(qū)域展

3、現出反聚束效應和亞泊松分布；單光子增壓縮真空態(tài)展現出明顯的反聚束效應和壓縮效應，這表示這些光場量子態(tài)為非經典光場量子態(tài)。這些光場量子態(tài)的Wigner函數在相空間都有明顯的負值分布。?？藨B(tài)｜1>、｜2>和｜3>的Wigner函數波包為非高斯波包，且隨著光子數的增加，Wigner函數變化也越復雜。在相空間中心區(qū)域，Wigner函數的峰值與?？藨B(tài)數n的奇偶性存在一定的聯系：n為奇數時，Wigner函數的尖峰向下，n為偶數時尖峰向上。Fock態(tài)

4、疊加態(tài)的Wigner函數有明顯的向下負值尖峰和向上尖峰，這反應出兩量子態(tài)的疊加性質。單光子增壓縮真空態(tài)的Wigner函數與福克態(tài)｜1>的Wigner函數相似，只是取負值的相空間被壓縮了。總之，這些光場量子態(tài)都具有明顯的非經典特性，為非經典光場量子態(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)非經典性質消失的研究對量子信息處理具有重要意義。Fock態(tài)、福克態(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、價值，然而未見對其耗散研究的報道。在本論文的第五章，根據Wigner函數的定義和密度算符主方程理論，利用糾纏態(tài)表象和拉蓋爾多項式與厄米多項式的性質，首次解析推導了?？藨B(tài)、?？藨B(tài)疊加態(tài)和單光子增壓縮真空態(tài)的Wigner函數隨時間的演化，并對各參數如何影響這種演化進行了數值計算和分析討論。在僅耗散情況，初始這些光場量子態(tài)的Wigner函數具有明顯的非經典性質，且Wigner函數的負值在相空間中有明顯的投影區(qū)域：｜1>的Wigner函數負值投

6、影區(qū)域為一圓面；｜2>的Wigner函數負值投影區(qū)域為一空實心圓環(huán)；｜3>的Wigner函數負值投影區(qū)域為一中心區(qū)域的圓面和一實心圓環(huán)；｜1>和｜2>疊加態(tài)的Wigner函數負值投影區(qū)域為兩個半月形；單光子增壓縮真空態(tài)的Wigner函數負值投影區(qū)域為一圓面。隨著時間的演化，這些光場量子態(tài)Wigner函數的負值向正的方向收縮，Wigner函數負值的相空間投影區(qū)域也減小。若演化時間足夠長，這些光場量子態(tài)的Wigner函數負值將消失，Wign

7、er函數負值所對應的相空間投影也消失，最終原來的非經典光場量子態(tài)將演化為真空的純態(tài)。在有驅動的耗散情況下，當耗散系數k和耗散時間t給定時，隨著驅動系數g的增大，這些光場量子態(tài)的Wigner函數負值將向正的方向收縮直至負值消失，Wigner函數負值所對應的相空間投影將減小直至消失，非經典的光場量子態(tài)將演化為經典量子態(tài)。當驅動系數g取不同值(大于或小于耗散系數k)時，對于同一光場量子態(tài)，Wigner函數的負值演化至負值消失所需時間不同。當耗