Оптические методы создания и наблюдения сжатых и перепутанных состояний в спиновых подсистемах атомных ансамблей

• Автор: Славгородский, Алексей Владимирович
• Шифр специальности: 01.04.02
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2003
• Место защиты: Санкт-Петербург
• Количество страниц: 122 с. : ил.

Оглавление
Введение

Глава 1 Перепутывание спиновых подсистем двух пространственно разделенных атомов

1.1 Введение

1.2 Постановка задачи. Геометрия облучения

* 1.3 Комбинационное рассеяние на отдельном атоме

1.4 Кооперативное рассеяние

1.5 Временная эволюция двухчастичной матрицы плотности . .

1.5.1 Эффективный гамильтониан

1.5.2 Обобщенное кинетическое уравнение

1.5.3 Численное моделирование
1.6 Пространственно разделенные спиново ориентированные многоатомные ансамбли
1.7 Телепортация квантовых состояний спиновых подсистем . .
Глава 2 Спиновое сжатие в макроскопическом атомном ансамбле
2.1 Введение
2.2 Постановка задачи. Операторы коллективного квазиспина. .
* 2.3 Анализ процессов взаимодействия атомов с квантовым и клас-
сическим полями
2.4 Эволюция коллективного квазиспина
2.5 Интерференционная схема регистрации компонент квазиспина

Глава 3 Когерентный контроль оптического атомного столк-
новения поляризационно-перепутанным светом
3.1 Введение
3.2 Сечение двухфотонного оптического столкновения
3.3 Корреляционная функция света с перепутанной поляризацией
3.4 Поляризационное отношение
3.5 Поляризационная зависимость двухфотонного оптического
столкновения Г^-Ие в канале ^ -> гР —> 1Б. Численный расчет и анализ результатов
Заключение
Приложение А Генерация упорядоченных во времени фотонов с помощью четырех волнового параметрического процесса
Приложение В Генерация фазовосопряженных фотонов в оптическом параметрическом осцилляторе, находящемся в ре-
зонаторе
Приложение С Вычисление диаграмм
С.1 Основные элементы диаграмм
С.2 Пример расчета диаграммы
Приложение Б Интерферометр для наблюдения квазиспина
Список литературы
Введение
В настоящее время одним из наиболее интенсивно развивающихся направлений квантовой оптики является исследование неклассического света и его применений [1, 2]. Под неклассическим подразумевается свет, который проявляет свойства, не имеющие классических аналогов, или, формально, неклассическим называется свет, для которого P-распределение Глаубера-Сударшана принимает отрицательные значения или является нерегулярной функцией. Примером эффекта, в котором свет ведет себя необъяснимо с точки зрения классических представлений, является эффект антигруппировки фотоотсчетов, который впервые был зарегистрирован в эксперименте [3] для света, резонансно рассеянного пучком атомов натрия (су б-пуассоновский свет).
Примером иеклассического света является сэюатый свет (squeezed light), который впервые наблюдался в 1985 году [4]. Особенностью такого света является подавленность флуктуаций одной из его квадратурных компонент (квадратурно сжатый свет). Это свойство может быть использовано, в частности, для повышения пороговой чувствительности интерферомет-рических оптических измерений и измерения слабых оптических сигналов [5], в спектроскопии (сужение ширины линии меньше естественной при замене вакуумного окружения на сжатый вакуум [6]). Традиционными способами получения сжатых состояний света являются различные процессы взаимодействия излучения с нелинейной средой, такие, например, как резонансная флуоресценция [7, 8], четырехволповое смешение [9], параметрическое рассеяние света [10]. Кроме того, в 90-х годах 20-го столетия было обнаружено, что явление сжатия может наблюдаться не только в полевой

тайными рэлеевским и комбинационным рассеянием классического поля, и равное Г-1, см. (1.10). На всех графиках сплошная, пунктирная и точечная линии относятся, соответственно, к точному решению, решению системы кинетических уравнений (1.30), и решение, полученное с помощью эффективного гамильтониана. Все решения были получены с учетом дополнительного слагаемого, добавленного в гамильтониан каждого из атомов, которое описывает взаимодействие с внешним магнитным полем и призвано компенсировать световой сдвиг уровней, обусловленный когерентным полем.
Как следует из этих графиков, имеется удовлетворительное согласование между результатами точного расчета и решениями кинетических уравнений (1.30) для кооперативной когерентности /?12Д2, для кооперативной населенности /722,22, и для величины рп,ир2і,22 — ІР12Д2І2, которая характеризует степень отклонения эволюции системы от динамической. Но, что более важно, на начальной стадии эволюции, на временах меньших Г-1, точное решение может быть аппроксимировано решением, полученным с помощью эффективного гамильтониана. Имеется также удовлетворительное согласование в поведении коллективного спина и его флуктуаций, описываемых эффективным гамильтонианом и точным решением. Соответствующая динамика спинового сжатия показана на последнем графике рис.4. Тем не менее, точное решение для других компонент матрицы плотности Ри,22 ~ /722,11 и Рид і не согласуется ни с динамическим, ни с кинетическим приближенными решениями. Это вполне понятно, поскольку оба приближения не учитывают спонтанного и стимулированного комбинационного рассеяния слабого квантового поля. Эти процессы разрушают квантовые корреляции, которые могут быть внесены в атомную подсистему только благодаря кооперативному рассеянию.
Значимость спонтанного комбинационного рассеяния квантовой моды может быть уменьшена путем одновременного увеличения отстройки А и частоты Раби На рис. 5 показаны те же зависимости, что и на рис. 4,