采用粒子自旋角动量的两个独立谐振子实现和含时规范变换方法,得到不同空间位形的时变磁场中粒子的自旋态,并指出作旋转波近似,即忽略含时快变反共振项的物理原因。本文所用的新方法可应用于其它一些量子系统。

我们利用相干态表象将经典扩散方程自然地推广到量子力学形式, 并讨论了相干态在扩散通道中的演化问题, 发现相干纯态在扩散通道中会演化为混态, 并给出任意时刻的终态表达式。同时, 我们得到光子数在扩散通道中会增加。

本文通过测量铯原子的电磁感应透明光谱在微波电场作用下的Autler-Townes分裂间隔,获得了铯蒸气池中高分辨率的毫米波微波电场强度空间分布特征。文中使用32.65 GHz的微波场共振耦合铯里德堡原子49S1／2态和邻近的49P1／2态,得到铯原子6S1／2-6P3／2-49S1／2阶梯型三能级电磁诱导透明光谱分裂信号。我们测量了射频信号发生器输出功率PMW与Autler-Townes分裂宽度的关系,实验结果表明分裂宽度与电场强度(∝PMW)有良好的线性关系。根据此线性关系我们对铯蒸气池一维方向的电场强度空间分布进行了测量,理论上获得的空间分辨率达到λMW／90。

在原子钟系统研究中,激光频率的微小变化会导致CPT共振信号幅值的大幅度减小。根据饱和吸收稳频原理,设计了一种比例积分锁频电路,通过对激光器频率调制后的解调曲线进行判断,在FPGA中进行处理并通过PI控制模块及时反馈回激光器中。实验结果表明,运用此电路后闭环锁定100 ms内激光频率的相对起伏为390 kHz,频率稳定度为1.307 09×10-10,满足当前原子钟稳定性的要求。

本文通过理论分析和实验展现了如何利用弱值测量技术在Sagnac环路中进行超微小时延差测量。我们在Sagnac光路中插入两块半波片来模拟一个薄双折射晶体在两路光之间引起的时间延迟效应。按照弱测量理论的思想,通过对光的偏振进行合理的前后选择,我们成功地从光中心波长的位移计算出顺时针／逆时针传播光之间的时延差,与理论预期吻合。我们提出的方案为测量Sagnac光路中的各类时延效应提供了新思路。

量子相干态和量子纠缠态在量子计算中具有同等重要的地位,都是量子计算中重要的物理资源。量子相干态可用来制备量子纠缠态,一个量子相干态和一个辅助量子不相干态通过不相干操作可产生量子纠缠态。根据纠缠破坏信道原理提出输入分别是单体最大相干态和二体最大相干态的相干破坏信道,该信道将输入的相干态转化为不相干态,并简单验证了提出的相干破坏信道是否真正破坏了输入的量子相干态的相干性。同时提出量子相干破坏信道可作为检测量子态的相干性一种新的方法。

为实现加密图像信息的远距离安全恢复,本文提出一种基于量子密钥分发的远距离加密计算鬼成像方案。该方案利用量子密钥对远端Alice计算鬼成像系统探测到的桶探测值进行加密,并通过长距离光纤量子信道发送给本端Bob,在本端解密后与通过经典信道获得的散斑图进行关联计算,恢复出待测物体图像。实验结果表明:在原始密钥错误率4.75％的情况下,恢复图像的均方误差为0.10、峰值信噪比为9.96 dB。采用纠错处理后,密钥错误率降至1％,恢复图像的均方误差为0.061,降低了40％;峰值信噪比为12.16 dB,上升了22％,获得了高质量的恢复图像。

本文通过一系列的双量子位逻辑门构造非对称多体量子纠缠态。以此态作为量子隐形传输通道,利用全局幺正操作和定域性测量,我们可以让未知态在任意一个接收端重现,从而实现量子信息一对多的网络式传输。同时,充分考虑实际量子系统的局域环境噪声对量子传输效率的影响。

正交频分复用技术已被广泛应用于量子密钥分发系统研究中,在此提出了基于正交频分复用的连续变量量子密钥分发方案,连续变量量子密钥分发过程中发送方以快速傅立叶反变换调制复用子载波,接收方以快速傅立叶变换得到原始频域子载波,并由系统协方差矩阵性能刻画出传输性能。仿真结果显示:正交频分复用技术能够提高连续变量量子密钥分发系统的传输密钥率。

本文主要研究光泵浦效应对电磁诱导透明介质极化特性的影响。理论分析了耦合场分别与探针场同向和反向传播时,介质对探针场的色散和吸收特性。同时理论分析表明,相对二能级原子来说,由于耦合光的泵浦作用,在多普勒吸收基础上,原子对探针光的吸收增强,并且这种泵浦作用与耦合场传播方向无关。实验上验证了上述理论研究中原子介质对探针场的吸收特性。进一步地,实验研究了耦合光功率、频率失谐及粒子数密度等参量对泵浦率的影响,特别是对吸收宽度和深度的影响。

锶光钟小型化系统中,利用Doppler测速法对小发散角锶原子的速度分布进行了测量。从锶炉喷出原子束的最可几速率为440 m／s,经过永磁体塞曼减速器减速后原子的速度最低可降低至80 m／s。验证了在原子行进过程中设置的减速磁场即永磁体塞曼减速器,能够对原子进行有效减速,进而提高俘获冷原子的数目。实验中采用的Doppler测速法装置简单,易于操作,可直接探测原子束的速度分布曲线。

本文以非线性增益超材料中描述电磁波传输的非线性薛定谔方程为模型,采用拟解法给出了线性增益和非线性损耗平衡下精确的具有非线性啁啾的自孤子解,详细研究了该自孤子在不同非线性电极化或／和磁极化超材料中的存在条件及其传输特性。结果发现,当非线性损耗与线性增益平衡时,超材料中可以存在两种形式的自孤子;而且在不同非线性极化的超材料中两种自孤子的振幅、波宽及空间频率啁啾随着归一化频率、增益系数的变化也不同,这意味着可以通过改变入射波的频率、选择具有不同非线性极化和不同增益的超材料来调节自孤子的传输特性。

金刚石氮空位(nitrogen vacancy,NV)中心的天然能级系统可以在激光泵浦和微波辐射下进行初始化、量子操控和光学读取。实验中需外加特定激光泵浦和微波辐射来实现对NV色心自旋态的操控,并通过荧光数布居变化来表征自旋态。本文基于LabVIEW软件,设计开发了集群NV色心自旋态调控与读出软件系统。结果显示,本系统可以实现对激光和微波脉冲序列的精确编码,编码精度可达3 ns,并初步得到了室温下集群NV色心的电子自旋共振谱线,为下一步集群NV色心自旋态调控研究的自动化、集成化奠定了基础。

本文报道了一种可用于原子存储实验的窄带Fabry-Perot滤波器。该滤波器由一块两面镀高反射膜的标准具和控温系统组成,通过控制标准具温度来改变滤波器的共振透射频率。理论计算了标准具两个表面的不平行度对滤波器共振透射特性的影响,结果表明滤波器共振透射率随着不平行度的增大而减小,同时透射光强分布会出现形变。实验测得滤波器的自由光谱区1.85 GHz,透射带宽59 MHz,共振透射率29％,10小时内透射功率波动小于5％。