原子系综的量子相干及其对光子运动的影响

Light with wavelength comparing to the inter-distance between atoms could induce the collective motion of atoms in the atomic ensemble, which in turn inhances the motion of photons. Based on our previous achievements on this area, we will study the influence of the coherent atomic ensemble on the spatial motion of photons, and exploit the related quantum coherence to the application of the fundument physics and quantum simulation. Polaritons are the collective excitations of many atoms dressed by resonant photons. The evolution process of polaritons in time and space would be analysed to find the physical mechanism for storing and reading the quantum information based on electromagnetic induced transparency. We would connect our investigation to the experiments as much as possible.

具有可以与原子间距相比拟的相干光可以引起原子系综的集体运动，其作用会导致对光子运动调控的增强效应。本项目将基于我们以前在这方面的系列研究工作，着重研究相干原子系综对其中光子空间运动影响，以及相关的量子相干效应在弱测量等基本物理方面的应用与量子模拟。分析光子与原子集体运动耦合形成的激子极化子的时空演化过程的各种物理结果，并联系电磁诱导透明和量子信息存贮、读取的物理机理，尽可能与国内外的实验结合。

我们按项目的研究计划研究，项目进展比较顺利，取得了一定研究结果，已经发表10篇SCI论文，一篇待发表。其中一篇发表在物理评论快报上，目前SCI引用56次。我们提出使用弱测量来放大信号光通过磁光控制的三脚架型四能级原子介质的偏转角。提出使用循环型三能级原子、lambda型三能级原子、二能级原子构造工作于两信道的量子路由器，以及使用V型或者梯型三能级原子构建一维波导中的单光子频率转换器。发现了量子路由器形成条件：两波导能带有交叠；经典光场产生的修饰态能级或原子激发态能级要落在两能带交叠处。对与同一个宏观一维介质相互作用的两原子，我们发现随着时间的推移，两原子之间的并发度(concurrence)不可能大于初始值，然而衡量二体关联程度的量子失协(quantum discord)却能被产生或放大。