碱金属气室参数测试教学实验平台搭建北大核心

碱金属气室是原子磁强计、原子陀螺仪、原子钟等量子传感器的核心敏感元件,其内部的碱金属原子蒸汽通过与激光、磁场等相互作用,实现对物理量的高精度测量。实验室搭建了针对一类高温、高压碱金属气室的参数测试教学实验平台,该平台通过测量激光吸收光谱,获得气室内部缓冲气体的压强以及碱金属原子蒸汽的原子数密度。该平台使学生能够直接观察到激光与原子的相互作用,有助于学生加深对碱金属气室的理解以及培养学生的实验动手能力,同时也为研究生和本科生的相关课程提供了有力支撑。     

Rb原子饱和吸收光谱实验教学系统

饱和吸收光谱(saturated absorption spectroscopy,简称SAS)是一种常用的精密激光光谱技术,可用于消除光谱中的多普勒展宽。该技术是磁光阱实验体系的重要组成部分,是冷原子研究领域实验开展的基础。清华大学近代物理实验室自主设计和建设了饱和吸收光谱教学实验装置,并用于教学实践。使学生通过该实验学习理解原子能级、光谱展宽机制、吸收谱原理、微分谱应用方法等,并通过数据分析计算Rb原子气体温度、激发态寿命等,拓展眼界,启发兴趣,让学生对冷原子物理研究领域有更深入的理解。     

21世纪量子光学领域的若干重大核心问题展望—兼论量子光学的发展动态与发展

对量子光学领域中诸如场－物质（原子、分子或离子）相互作用模型、腔内原子的辐射谱、亚泊松光子统计、光子反聚束效应、光场压缩态、时间与时域的定义及其本质含义、时域量子化、时间不可逆性、量子时空观与量子化时空结构、量子时空对称性与量子化时空对称结构、时域压缩的量子极限与超快科学领域的新时间尺度、量子涨落宇宙模型、薛定谔猫态、量子信息学、生物光子学、光的量子本质与光子结构、原子的冷却与捕获、玻色－爱因斯坦凝聚（即BEC）以及“原子激光器”与“原子激光”等方面的若干重大进展情况进行了系统综述。在对量子光学所涉及的上述各有关重大核心科学技术领域的历史、现状,以及最新发展动态和应用前景进行详细分析的基础上,进一步指出了量子光学领域未来的发展趋势和发展方向。     

利用超导量子干涉仪制备N比特团簇态

利用两个超导量子干涉仪与腔场的相互作用,提出一种实现标准两比特量子相位门的方案.利用构造的两比特相位门,还提出了一种制备N比特团簇态的方案.在此方案中,量子信息被编码在两个超导量子干涉仪的相对稳定的基态上.在两个超导量子干涉仪与单模腔场的相互作用过程中,由于超导量子干涉比特的激发态被绝热地消去,激发态所引起的消相干得到了有效的抑制.此外,还讨论方案的实验可行性.     

21世纪量子光学领域的若干重大核心问题展望——兼论量子光学的发展动态与发展方向

对量子光学领域中诸如场—物质 (原子、分子或离子 )相互作用模型、腔内原子的辐射谱、亚泊松光子统计、光子反聚束效应、光场压缩态、时间与时域的定义及其本质含义、时域量子化、时间不可逆性、量子时空观与量子化时空结构、量子时空对称性与量子化时空对称结构、时域压缩的量子极限与超快科学领域的新时间尺度、量子涨落宇宙模型、薛定谔猫态、量子信息学、生物光子学、光的量子本质与光子结构、原子的激光冷却与捕获、玻色—爱因斯坦凝聚 (即 BEC)以及“原子激光器”与“原子激光”等方面的若干重大进展情况进行了系统综述 .在对量子光学所涉及的上述各有关重大核心科学技术领域的历史、现状、以及最新发展动态和应用前景进行详细分析的基础上 ,进一步指出了量子光学领域未来的发展趋势和发展方向     

辐射场与二能级原子相互作用的量子逻辑功能

利用半经典理论和量子理论研究辐射场与二能级原子(量子位)的相互作用。将量子力学体系视为量子逻辑门,得到量子体系演化的幺正变换的矩阵表示,论述把量子力学体系波函数与量子逻辑门的输入输出态统一起来的方法,得出辐射场与原子相互作用能实现量子逻辑功能。结果有利于指导在实际中选取合适的遵守量子力学定律的两态系统完成量子逻辑操作。     

半经典理论中二能级原子的量子态保真度

利用半经典理论研究辐射场与二能级原子（量子位）的相互作用,给出二能级原子的量子态保真度表达式。用数值计算讨论辐射强度对量子态保真度的影响。结果表明：原子的量子态保真度呈周期性演化,其演化的频率受辐射强度调制。此外,选择适当的失谐量,能够有效地改变量子信息的保真度。     

耦合三量子阱中隧穿诱导的可控光学增益和吸收

考虑自发辐射相干,解析地研究了半导体耦合三量子阱系统中探测光和信号光场的增益和吸收性质。基于光与原子相互作用的半经典理论,通过建立耦合量子阱中自发辐射相干的理论模型,求得了系统的探测光和信号光场的线性极化率。结果表明,量子阱内部自发辐射相干强度及外部控制光场能实现对探测光和信号光的线性增益和吸收性质的有效调节,进而显示隧穿诱导透明单、双窗口及增益之间的相互转换。     

用腔QED技术实现纠缠交换

基于腔QED系统,提出一种纠缠交换的方案,不仅能实现没有直接相互作用的原子不同程度的纠缠,还能实现未知纠缠状态转移到没有直接相互作用的原子上去.在此方案中只对原子做独立测量,没有使用联合测量,原子跃迁频率与场模频率大失谐,场只是虚激发,腔场品质因子的要求比共振条件下大大降低.     

量子纠缠控制及消相干的研究

对量子纠缠的控制进行了阐述。当把外加控制也考虑到量子纠缠系统中去,它和被操作的系统发生纠缠,就可以实现量子操作。而对于量子位和环境组成的复合系统经过一个么正演化,最初处于纯态的子系统,由于子系统相互作用,将引起量子位的消相干,使量子位从一个纯态演化成为混合态,为人们研究量子计算机和环境的相互作用而产生消相干过程提供一个物理模型。     

用于激光锁频的低泵浦场饱和吸收光谱（英文）

目的:利用激光透过原子气室时的端面反射产生泵浦光,实现低泵浦场的饱和吸收光谱,提高饱和吸收光谱锁频方法对运动平台的适应性。创新点:1.在饱和吸收光谱中实现无需额外反射镜调节的泵浦光与探测光的重合方法;2.在饱和吸收光谱中实现强探测-弱泵浦的实验方式。方法:1.利用原子气室端面反射光作为泵浦光,实现低泵浦场的饱和吸收光谱装置(图1和2);2.研究实现低泵浦场的饱和吸收光谱所需的角度控制精度(图4);3.研究采用此方法的激光频率锁定效果(图5和6)。结论:1.低泵浦场的饱和吸收光谱方法可以满足激光频率锁定的要求;2.低泵浦场的饱和吸收光谱装置相比传统装置,没有多余的可调节的反射镜,装置更加简洁,锁频效果受环境影响更小,对运动平台的适应性更强。     

三能级原子与双模腔场作用实现量子态的转移

利用∧型三能级原子与双模腔的相互作用实现量子态的转移.提出了量子信息存储在∧型原子的两个基态,泄漏光子充当飞行比特,有效地抑制了原子自发辐射和环境对系统的消相干效应.为实验上实现量子态转移提供理论基础.     

基于量子计算云平台的量子搜索算法实验教学探究北大核心

基于近几年量子计算领域的快速发展和各种量子计算云平台的出现,探究了可线上、线下开展基于量子计算云平台的量子搜索算法实验。借鉴“前置课堂”教学模式,准备该实验所涉及的数学和物理学基础知识;围绕搜索问题,设计了三条思维主线组成知识框架,并结合简单实例帮助学生理解抽象的表述和复杂的公式,从而解决知识点较多、算法不易理解的难题;设计了具有启发性、引导性的基础实验和思考题;探究了研究量子搜索算法本身以及算法的实际应用两种类型的拓展实验,为学生今后学习高级量子编程打下基础。     

量子力学中求解有效哈密顿量的两种方法

在原子与光场相互作用的量子系统中,原子的跃迁频率通常与光场的频率失谐,针对这类失谐量子系统,本文在旋波近似下介绍了两种求解其有效哈密顿量的方法,并给出了一个例子.     

激光场与原子相互作用

本文用量子理论研究激光场与三个原子的相互作用。当初始条件为激光场中有N个光子,而三个原子都处于高能级时,得到了光子数和原子状态各自随时间的变化关系。光子数很大时,量子理论结果与半经典理论结果是一致的。     

腔QED中大失谐哈密顿量的量子态演化的简单代数计算

对腔量子电动力学（腔QED）中两能级原子和光场相互作用时,给出大失谐相互作用的哈密顿量的一种简单代数计算,这比常用的拉普拉斯变换或密度矩阵计算方法要简单。应用腔QED大失谐相互作用的哈密顿量量子态演化,可以验证一些量子力学及量子信息的基本操作。     

利用三脚型人工原子的共振激发实现几何相位门

考虑了由SQUID量子电路构成的三脚型四能级人工原子,利用共振激光脉冲获得几何相位门. 阐明了量子态几何相位的形成,其变化可由三束激光脉冲波形、相对强度及其相位来控制. 同时,基于几何相位,给出了实现单量子比特门、Hadamard门和两量子比特受控非门的方案.     

小型化铷原子频标射频放大器设计

射频放大器的低噪声和高增益是两个相互影响的指标.针对小型化铷原子频标的特殊要求,对传统电路进行改进并通过应用ADS软件对电路进行了优化设计,使设计具有低噪声、高增益和小体积的特点,满足了小型化铷原子频标的要求.     

热辐射场中四能级原子的量子相干性

原子与辐射场的相互作用,引起原子能量耗散或相对位相改变,导致原子由相干叠加态退化为混合态。该文针对四能级原子辐射和吸收情况,基于Kraus算子理论,利用约化密度矩阵方法,得到四能级原子密度矩阵元的演化规律,从而研究原子的量子相干特性。研究表明:初态处于相干叠加态的四能级原子,由于辐射和吸收,可能演化成相干叠加态、未完全混合态、完全混合态或单一纯态。     

基于时频分析的激光多普勒实验设计

设计了一款可在实验室供学生演示和学习激光多普勒效应的实验装置。激光多普勒实验装置利用分立的光学元件搭建迈克耳孙干涉光路,干涉光路中采用两束具有频差的激光束平行叠加形成光拍来实现激光多普勒效应的演示,在Matlab环境下利用时频分析工具对差频信号进行分析,开发了基于激光多普勒效应的振动测量系统。