基于原子—腔光力混合系统的动态Casimir效应及其应用研究
批准号:
12074067
项目类别:
面上项目
资助金额:
60.0 万元
负责人:
林秀敏
依托单位:
学科分类:
光量子物理和量子光学
结题年份:
2024
批准年份:
2020
项目状态:
已结题
项目参与者:
林秀敏
中文摘要
真空涨落的存在是量子场论最奇妙的预言之一。动态Casimir效应是这种真空涨落的宏观体现,它可以将量子真空的虚光子转换为实光子,但超高的机械频率要求致使其尚未被实验直接观测到。最近,Macrì等提出的广义共振条件有可能消除这种障碍,但需要单量子水平上的强耦合,目前这在实验上依然是一个严峻的挑战。本项目拟采用全量子理论探讨在原子—腔光力混合系统中产生动态Casimir效应的条件;由动态Casimir效应导致的新的量子特性及其对原子自发辐射的影响;利用动态Casimir效应实现能量传输与转化。利用这个混合系统丰富的相互作用机制和丰富的调控手段,有望获得在共振条件下有效降低产生动态Casimir效应所需机械振子的频率和实现在单量子水平上的有效耦合强度,从而为在实验上直接观测动态Casimir效应提供可能,对促进Casimir效应在纳米及微尺度技术中的应用和量子场论的发展具有重要实际意义。
英文摘要
The existence of vacuum fluctuation is one of the most wonderful predictions of quantum field theory. The dynamic Casimir effect is the macroscopic embodiment of this kind of vacuum fluctuation, which can convert the virtual photon of quantum vacuum into the real photon. However, it has not been directly observed by experiments due to the requirement of ultra-high mechanical frequency. Recently, the generalized resonance condition proposed by macrì et al. is likely to eliminate this obstacle, but it needs strong coupling at the single quantum level, which is still a severe challenge in experiments. In this project, the full quantum theory is adopted to explore the conditions for the generation of dynamic Casimir effect based on the atom-optomechanical hybrid system, reveal the new quantum characteristics caused by the dynamic Casimir effect and its impact on the spontaneous emission of atoms, and discuss how to use dynamic Casimir effect to achieve energy transfer and transformation. By using the abundant interaction mechanism and abundant manipulating means of the hybrid system, it is expected that the frequency of the mechanical oscillator needed to produce the dynamic Casimir effect can be effectively reduced under the resonance condition, and the coupling strength can be effectively enhanced at the single quantum level, so as to provide the possibility for directly observing the dynamic Casimir effect in the experiment, which is of great practical significance for promoting the application of Casimir effect in nano and micro scale technology and the development of quantum field theory.
腔光力混合系统是实现量子信息处理的一个理想平台,实现光子和声子之间的强耦合是对该系统进行相干操控的关键前提,但光子和声子之间的内禀非线性相互作用非常弱,在实验上很难实现腔光力系统中的单量子强耦合。我们利用参量放大驱动光腔的真空涨落,获得压缩模式的光子和声子之间的耦合强度得到指数级别的增强,从而实现单量子水平的强耦合,并将它分别用于实现声子阻塞效应和光子阻塞效应,同时利用量子干涉的方法,实现非传统光子阻塞效应;基于四模混合腔光力系统,通过集合三个分束器相互作用和两个参量放大相互作用,获得了两个微波光模的高纯度和强纠缠稳态,由于利用了耗散驱动和腔冷却过程,所获得的纠缠可以远远超过基于相干参量耦合的纠缠极限;基于旋转腔光力系统,利用光子之间的Sagnac效应和Kerr型相互作用,实现了非互易光子阻塞和可控非互易传输;基于不变量逆向工程和无跃迁量子驱动方法,通过优化绝热捷径实现腔光力系统的量子态操纵。我们还将研究腔光力混合系统量子特性的方法推广、拓展到腔光磁混合系统,提出在腔光磁系统中验证贝尔不等式的方案,发现即使在光子和磁子弱耦合条件下,Bell不等式就可以被严重违背;随后,基于腔光磁系统,我们还实现了非互易的光子阻塞效应、连续变量纠缠和非经典关联。此外,我们还从理论上和实验上研究了回廊耳语模式微谐振器的腔振铃上谱,提出了一种改进的腔振铃上谱方法,使其采样率几乎没有成本地提高了一倍;还实验研究了在单个回廊耳语模式微谐振器中从电磁感应透明到电磁感应吸收的转变条件。与此同时,我们还和中国科大合作在原子蒸汽池中实验证明了无磁偏振旋转。值得一提的是,在该项目的推动下,我们还建成了热原子实验平台。以上成果将对腔光力、腔光磁混合系统量子特性及其应用的实验研究和微腔实验的传感研究有重要的指导作用,促进本项目组从理论研究向理论与实验研究并行转变。
基于里德堡原子偶极封锁效应的量子相干操控
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批准号:61275215
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项目类别:面上项目
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资助金额:78.0万元
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批准年份:2012
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负责人:林秀敏
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依托单位:
基于腔QED的光子量子通讯和量子计算的有效实现
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批准号:60878059
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项目类别:面上项目
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资助金额:33.0万元
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批准年份:2008
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负责人:林秀敏
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依托单位:
利用腔泄漏消相干效应实现量子计算
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批准号:10574022
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项目类别:面上项目
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资助金额:26.0万元
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批准年份:2005
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负责人:林秀敏
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依托单位:
国内基金
海外基金