如何控制环境


我以前的日志中讨论过腔QED的作用, 它实际上改变了一个二能级系统周围的环境,使得我们可以把它近似的看成一个孤立系统。这就是对量子系统周围环境的影响。但是人们不满足于此,人们想知道是 否可以用腔QED来制造特殊的环境,这样我们就可以通过控制腔QED的参数来控制环境了。为什么要这么做?因为我们的实验都是在开放系统中做的,让系统处 于我们所希望的环境下演化会展示出非常丰富又有趣的性质。最近的一个进展是环境导致的Berry相位,我也曾经在报道过。在这个工作的启发下我也做了一个通过控制环境实现量子逻辑门的工作

现在的问题是,到底如何来实现对环境的控制?具体的方案是怎样的?最近几天我就一直在学习这方面的文献,已经基本搞明白了整个方案。为了实现对环境 的控制,我们用到了腔QED理论中最有用的近似,大失谐和坏腔极限。我想这是具体了解量子力学在实验中是怎么应用的一个非常好的例子。下面我用通俗的语言 来描述一下整个过程。

首先遇到的问题是原子的自发幅射,为了让原子的运动只跟我们这个人工环境耦合,我们需要把原子自发幅射的影响消去。为此,我们用到了大失谐的办法。 对一个三能级lambda原子来说,两个稳态能级分别通过外加的控制光和腔模与激发态耦合,且两种耦合的失谐量是一样的。利用绝热近似我们就可以认为这个 三能级系统等效于一个二能级系统,两个稳态能级与腔模耦合在一起了,当然这时的耦合强度是大大的降低了。但是同时由于失谐很大,原子处于激发态的成份可以 忽略不计,这时我们就把原子自发幅射的影响给去掉了。注意,原子处于稳态时,退相干时间长达几秒,对我们考虑的问题来说可以不用考虑原子处于稳态时的自发 幅射。

现在我们的系统就是一个没有自发幅射的原子系统与有泄漏的腔模,二者之间有耦合。要把腔模的影响去掉,我们还需要进一步的做近似。我们发现如果腔模的泄漏 率远大于原子系统的演化特征时间的话,那么腔模就可以被“绝热”的消去,再加上Born-Markov近似只剩下原子与我们希望的人造真空耦合在一起。这 个人造真空可以是一般的真空,也可以是压缩真空,而压缩真空的压缩度,压缩相位都可以通过控制控制光束的强度和相对相位来加以控制。这样我们可以实现文献 中所讨论的绝热的变化库环境,从而在原子系统中得到一个不可积的Berry相位。用类似的方法,也应该可以实现通过控制环境,在原子系统中实现一个量子控 制逻辑门。不过此时要稍微复杂一点,我们要做的是让三能级级联型的原子与人工环境耦合,因此需要更多的控制光束,系统也会更加脆弱。

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