2012年诺贝尔物理学奖授予了法国的Serge Haroche和美国的David J.Wineland,以表彰他们在单粒子(单原子或单离子)操控领域的杰出贡献。他们两人分别参与开创了单粒子操控的两类实验系统,并利用这些实验系统研究了许多有意义的物理效应。简单来说,Haroche的实验系统研究飞行原子与光场的相互作用;Wineland的实验系统研究囚禁离子与光场的相互作用。本文简要介绍Haroche小组的工作。

研究了双原子通过局域相互作用从双模关联场获得纠缠的规律,结果表明跃迁通道间的量子干涉使得双原子可获得的最大纠缠与原子和光场的初态相关。双原子获得纠缠的最大值对原子布居数的依赖关系呈现相位敏感性,在适当的条件下纠缠交换效率可明显提高。

运用简并微扰的方法得到拉比模型在二阶微扰下的能量和一阶微扰下的波函数。所得结果在当前的实验参数范围内与数值模拟符合非常好。这一方法对求解拉比模型的系统能级具有指导意义,有益于拉比模型的进一步应用。

在与三个场相互作用的Y型四能级原子系统中,利用密度矩阵方程计算了介质对探测场的吸收,分析了自发产生相干对探测吸收的影响。结果发现:随着自发产生相干的影响,在共振中心处,探测吸收表现出不同的现象。当自发产生相干对探测吸收产生相消干涉时,随着自发产生相干的增强,在共振中心处削弱吸收,出现增益。当自发产生相干对探测吸收产生相长干涉时,随着自发产生相干的增强,在共振中心处出现吸收增强,也即出现电磁诱导吸收(electromagnetically induced absorption,简称EIA),在共振两侧的双电磁感应透明强度(electromagnetically induced transparency,简称EIT)增强,窗口变宽。同时,在能级｜3〉→｜2〉与｜4〉→｜2〉的自发衰减速率比值不变下,当能级｜3〉→｜2〉与｜4〉→｜2〉的自发衰减速率减小时,在共振中心处,吸收线宽变窄,共振两侧的透明窗口变宽。

建立了一个基于非最大纠缠量子信道的三能级两粒子的概率隐形传态的方案。在本方案中概率隐形传态的实现应用了新的正交完备测量基来代替传统的Bell基，我们用三能级量子纠缠态作为通道。这是和前人的隐传方案所不同的。我们所提出的方案对于接受者来说更加方便、简洁，使用者能够通过较少的操作来实现通信。

采用Peaker变分法,研究有限深势阱下极性晶体膜中量子比特及其声子效应。晶体膜中这样的二能级体系可作为一个量子比特。当膜中电子处于基态和第一激发态的叠加态时,电子的概率密度在空间作周期性震荡,得出振荡周期随耦合强度的增加而减小,随膜厚的增加而增大。

研究了耦合腔场模型下原子纠缠与光腔场纠缠的演化与转移问题。发现在不同Bell 型初态下，光腔场间耦合参数对初始纠缠的演化行为起到了不同的作用。对第一类Bell 态cosθ｜e,e+sinθ｜g,g,调节腔场间耦合参数既可以起到延长原子纠缠死亡时间的作用，又可以起到保护初始原子纠缠的效果。而对第二类Bell 态cosθ｜e,g+sinθ｜g,e,腔场耦合参数对原子间初始纠缠只起到保护作用。

文章分析了简并二能级原子系统Fg=1→Fe=0中的吸收、色散特性与暗态的对应关系,比较了双Λ型和Λ型能级结构下的量子相干效应。结果表明, 双Λ型系统中多个基态相干性会增强原子相干特性。

报道了我们在85Rb热原子系统中利用远离共振的Raman动力学过程实现相干光信号存储与释放的实验研究。铷原子室采用μ-metal包裹消除环境磁场的影响,在双光子共振和单光子远失谐的条件下,我们测量了存储效率随存储时间及单光子失谐量的变化关系,得到的最高存储效率为 23.5％,寿命约为3.4 μs。

设计了一种基于金属-绝缘体-金属(MIM)波导的槽深受sinc函数调制的表面等离子滤波器,采用二维时域有限差分法(2D-FDTD)法,数值分析了这种表面等离子滤波器的几何结构参数对传输特性的影响。结果表明,与未经sinc函数调制的情形相比较,经sinc函数调制的滤波器的透射谱中位于禁带右侧的边缘变得更加陡峭,滤波性能更好。槽的最大深度、宽度、周期数、水平通道的宽度及sinc函数的高度对传输特性的影响较为明显,而sinc函数主花瓣的半宽对传输特性的影响较小。这种表面等离子滤波器在高集成度的光学回路中具有一定的应用前景。

提出了在两块单光子光折变晶体和一个电源通过导线串联而成的回路中存在灰-灰屏蔽光伏空间孤子对的理论。在适当的条件下,推出了在晶体回路中两光束传播的耦合方程。证明了灰-灰独立屏蔽光伏孤子对的存在。研究结果表明,孤子对中的两灰孤子通过光诱导电流而相互影响,它们的相互耦合能影响到彼此的空间包络、动态演化和稳定性。

采用射频磁控溅射技术与热退火处理制备了纳米锗镶嵌二氧化硅(nc-Ge／SiO2)复合薄膜。对薄膜的光吸收谱进行分析,得到了纳米Ge晶粒的光学带隙。单光束Z-扫描的实验结果表明薄膜具有较强的可饱和吸收特性。将薄膜作为可饱和吸收体插入LD端面抽运的Nd:YVO4激光器内,分别实现 1 342 nm和1 064 nm激光的被动调Q,得到脉宽分别为29 ns和22 ns的脉冲序列。理论分析认为,纳米Ge晶粒形成的界面态和缺陷态对1 342 nm激光产生的饱和吸收作用,是导致被动调Q的主要原因。

金刚石中单个氮空位中心的电子自旋在激光辐射下能够发出近红外的光致荧光,增加微波辐射可以对其进行量子调控,是室温条件下实现量子计算机的主要介质之一。本文利用激光共聚焦扫描显微系统观测到了金刚石晶体中氮空位中心的荧光二维扫描图,并通过二次相关函数测量验证了氮空位中心是单光子源。改变微波辐射频率得到了电子自旋共振谱,从而实现了对单个氮空位中心的量子调控。利用设计的可控静磁场研究了氮空位中心在不同磁场方向和大小时的光致荧光特性和自旋共振峰。实验结果表明两个电子自旋共振峰间的频率间距与静磁场的旋转角度成余弦函数关系,与理论分析结果一致。

利用相干热态表象理论, 研究有限温度下RLC电路的Wigner函数及量子涨落。借助于Weyl-Wigner理论讨论了介观RLC电路Wigner函数的边缘分布。结果表明: Wigner函数边缘分布的统计平均正好是储存在介观RLC电路中电容和电感上的能量。