共振原子中非线性光脉冲的磁光控制及其在量子信息中的应用

我们计划开展两方面的工作：（一）、研究共振原子中光脉冲的非线性传播及其磁光控制。我们将考虑原子气体在电磁感应透明和主动拉曼增益的框架下，原子介质的各种线性和非线性效应对探测光所产生的影响，包括光脉冲的吸收抑制、群速度改变、自相位调制和交叉相位调制增强等。我们将研究探测光可能形成的各种新的非线性局域结构，尤其是高维结构，包括空间蜗旋和时空孤子等，并分析其稳定性和相互作用。我们还将使用外加磁场或光场改变原子介质的光学性质，从而实现对探测光的控制，以及增加非线性局域解的稳定性。所得到的结果可用于指导相关实验或促进光通信技术。（二）、研究共振原子介质中光脉冲的非线性传播在量子信息中的应用。我们将利用第一部分得到的结果，系统分析它们在量子信息中的应用，包括利用增强的交叉相位调制制备纠缠光子、实现量子非破坏测量、构造量子逻辑门和量子中继器等。并用于实现简单的量子算法。

本研究项目的结果包括两方面内容：（一）、研究了共振原子介质中光脉冲的非线性传播及其磁光控制；（二）、研究了宇称-时间（Parity-Time，PT）对称结构的原子实现，研究了PT对称原子介质中光的非线性传播特性。..第一方面，（1）提出和研究了共振原子介质中的慢光孤子的斯特恩-盖勒赫（Stern-Gerlach）效应；（2）研究了如何利用外加磁场或光场实现慢光螺旋孤子，并实现孤子加速；（3）研究了共振原子气体中艾里（Airy）光脉冲的操控、存储以及读取，并提出和研究了利用艾里光束导引慢光孤子。..第二方面，（1）利用近共振原子系统实现了PT对称光学结构，开启在原子体系中研究光学PT对称系统的新方向；（2）研究了PT对称原子介质中光的非线性传播特性，讨论了PT对称结构下一维光孤子的新特性。