纳米机械振子的操控及其在量子计算中的应用

Nano-mechanical oscillator is not only the ideal experimental platform to study macroscopic quantum effects and the precision measurement, but also can be as one kind of "data bus" to realizing solid-state quantum computer. This project studies techniques for controlling and preparing quantum states of nano-mechanical oscillator, and plans to carry out the following contents: (1) We discuss sinle light - mechanical system drivn by a series of pulsed lasers, and study the transient properities of nonclassical properties of system. As the coupling between the nano-mechanical oscillator and the other quantum subsystems is nonlinear, we consider the effect of nonlinear coupling on quantum state generation and quantum control (2) For coupled mechanical oscillator array, we study the multi-particle continuous-variables entanglement. Combined with the knowledge of cavity quantum electrodynamics, we make use of the nonlinear effect induced by the nano-mechanical oscillator to simulate the meaningful condensed-state model, such as the Spin-Peierls model et al.

纳米机械振子不仅是研究宏观量子效应和精密测量的实验平台，而且可以作为固体量子计算机的一种"数据总线" 本项目研究纳米机械振子的量子态的操控技术，计划开展下面的研究：（1）在单个纳米机械振子系统中，我们讨论由脉冲激光驱动下的光-力耦合系统，考虑在量子态和纠缠态的制备。由于纳米机械振子与其它量子系统之间耦合的原始形式是非线性的，我们考虑非线性耦合对量子操纵的影响；（2）对于耦合的纳米机械振子阵列。我们研究多粒子的连续变量纠缠，以及结合腔量子电动力学的知识，利用纳米机械振子诱导的非线性，进行杂化的量子计算和量子模拟，实现有意义的凝聚态模型，例如Spin-Peierls模型。

我们按照基金申请报告中的研究计划执行，顺利完成了计划. 具体有：(1)在文献Phys. Rev. A 87, 031602，我们建议了新的实现FFLO态的协议。基于平行磁场扭曲了费米面，在冷原子体系中，我们可以容易的实现FFLO态，这开阔了量子模拟的范围.(2)在文献Phys. Rev. A92, 013825,我们建议利用力学阵子诱导的几何相位的非线性相互作用，制备自旋压缩态的协议。发现自旋压缩的程度依赖于热激发，品质因数，并且系统大小平方根之间的比率。在现有的实验条件下，基于金刚石NV center的原子系综的单轴压缩可以达到。这对当前实验具有一定的指导意义。（3））在文献 Phys. Rev. A 91, 033625,我们研究了在光学腔中受外力驱动的原子系宗。我们发现，大失谐驱动激光器可以提高原子自旋压缩的标度率从原子系宗的-2/5次幂到-2/3次幂，其中S是总原子自旋缩放。（4）、在文献 Phys. Rev. A 91, 043642 （2015），建议利用连续驱动场在BEC系统中实现了双轴压缩态。我们可以得到自旋压缩标度率为 N的-1次幂。这接近海森堡极限。（5）在文献Phys. Rev. A 93,031602, 我们提出了一个在传统的S波相互作用的量子气体的综合有效的P波相互作用的简单方案。建议的优点是，不需要自旋轨道耦合或加载原子到较高的轨道，为实现拓扑超流体提供了完全新的路线。