光场与三能级原子相互作用的熵动力学

论文摘要

1989年,Phoenix和Knight等人将熵理论应用于量子光学领域,研究光场与原子相互作用时的信息关联与演化,显示出很大的优越性。由于熵函数自动包含了量子系统密度矩阵的全部统计矩,它不仅是一种十分灵敏的量子态纯度的操作测量,还被用于描述量子系统的纠缠程度,同时也是解释量子系统动力学特性的重要工具,在量子信息领域有着广泛的应用。另一方面,原子—光场纠缠特性的研究对原子、光场量子态的制备以及原子和光场的量子信息和量子计算领域有着广泛的应用。近十五年来,人们对于标准JCM以及各种推广形式的JCM中熵动力学作了大量的研究。但是,目前这些研究工作的一个共同特点是:（1）原子与场的耦合系数简单地看作常数处理;（2）仅限于考虑原子运动与模结构的二能级原子的讨论。本文将从这两方面作有意义的扩展工作。 本文首先运用全量子理论,（1）导出了考虑原子运动的∧-型三能级原子与单模场在共振情况下相互作用系统中的波函数;借助远离共振的条件Δ>>|ω1-ω2|（即Δ>>0）,也推导出了考虑原子运动与模结构的简并拉曼耦合J-C模型中的波函数;（2）导出了在共振情况且原子-场耦合系数随时间线形变化时∨-型三能级原子与单模场相互作用系统中的波函数,也推导出了变耦合系数的简并拉曼耦合J-C模型中的波函数。然后,利用P-K熵理论,借助已导出的波函数,具体讨论了不同的初始光场、原子运动与模结构以及耦合系数的变化对原子—场相互作用中场（原子）熵的影响。 研究表明:（1）原子运动导致场熵演化具有周期性,这种周期性并不依赖场的统计分布和强度而是依赖于原子运动和模结构参数εp;（2）不论是共振情况还是远离共振情况,在选取合适的参数εp（这种选取在实验上是可能的）时,都能得到较长时间的纯态光场;（3）通过∧-型三能级原子与单模场相互作用的演化过程并不能直接产生薛定谔猫态;（4）初始光场统计性质的不同对场熵产生较大的影响;（5）线形调制使场熵呈现的完美周期性振荡遭到破坏,当原子-场耦合系数变化缓慢时,原子进入统计混合态的速度被减缓;而当原子-场耦

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 目录
• 引言
• 第一章 经典熵的概念和理论
• 1.1 熵的概念
• 1.1.1 熵及其性质
• 1.1.2 熵的含义
• 1.1.3 熵概念的推广
• 1.2 熵的理论
• 1.2.1 熵增加原理
• 1.2.2 最小熵产生原理
• 1.3 熵在社会科学中的应用
• 第二章 量子光学中的P-K熵理论及研究现状
• 2.1 量子光学中的P-K熵理论
• 2.1.1 量子熵
• 2.1.2 量子约化熵
• 2.1.3 熵的三角不等式
• 2.1.4 Shannon熵
• 2.2 P-K熵的研究现状
• 第三章 光场与运动三能级原子相互作用的熵动力学
• 3.1 引言
• 3.2 理论模型及场（原子）约化密度算符
• 3.2.1 共振情况下（即Δ=0）
• >|ω₂ - ω₁|）'>3.2.2 远离共振情况下（即|△|>>|ω₂ - ω₁|）
• 3.3 场（原子）熵的动力学性质
• 3.3.1 场（原子）熵及其计算公式
• 3.3.2 数值分析与讨论
• 3.4 场的Q函数和Schro|¨dinger猫态
• 3.5 本章小结
• 第四章 耦合系数随时间变化的三能级原子与光场相互作用的熵动力学
• 4.1 引言
• 4.2 理论模型及场（原子）约化密度算符
• 4.3 场（原子）熵的动力学性质
• 4.3.1 场（原子）熵及其计算公式
• 4.3.2 数值分析与讨论
• 4.4 本章小结
• 第五章 变耦合系数的简并拉曼耦合J一C模型中熵动力学
• 5.1 引言
• 5.2 理论模型及场（原子）约化密度算符
• 5.3 场（原子）熵的动力学性质
• 5.3.1 场（原子）熵及其计算公式
• 5.3.2 数值分析与讨论
• 5.4 本章小结
• 第六章 总结与展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士期间论文发表情况