腔QED系统的新奇量子相变与量子关联性质的研究

本课题研究多体系统新奇量子态的动力学制备和量子相变. 具体取得如下原创性研究成果：(i) 在前期工作基础上，研究了集体退相干效应对单轴扭曲自旋压缩动力学的影响，定性地解释了双组份玻色-爱因斯坦凝聚气体的相扩散增强现象；(ii) 从量子度量学的一般原理出发，推导任意相位依赖态的量子Fisher信息. 并以光量子纠缠相干态为例，研究了光子损耗对纠缠度及量子Fisher信息的影响，发现相位灵敏度的量子Cramer-Rao下限经历量子—经典跃迁，该跃迁由损耗的光子数目决定，而非单纯地依赖入射光子数目或光子损耗率. (iii) 提出光和原子的量子Fisher信息可以识别Dicke模型的超辐射量子相变. 临界点附近, 量子Fisher信息突破经典极限源自光和原子非经典压缩态的出现. (iv) 针对双输出量子测量，证明相位灵敏度始终饱和 Cramer-Rao下限. 以相干光Mach-Zehnder干涉仪为例，研究了相扩散效应对双输出零拍探测及光子计数测量的影响. (v) 发展出高精度计算Wigner-d矩阵的新算法，克服了原始计算公式的大数求和问题, 并能计算上千个自旋的d矩阵及其任意阶导数. 对于自旋大至100，Wigner-d矩阵的计算精度可达10的-14次方量级，有益于今后数值模拟量子相位测量.