基于超冷原子自旋相干性的内腔非线性量子光学效应

非线性光学效应如光孤子、光学双稳态等在光通讯和信息处理上有着重要的应用，近年来随着量子通讯和量子计算的兴起，人们一直致力于实现弱光乃至单光子非线性量子光学效应。申请人最近的研究发现，置于光腔中的超冷旋量原子气体可用于实现弱光非线性效应。本申请项目以此为基础，进一步研究基于超冷原子自旋相干性的内腔非线性量子光学效应，并探索其在量子通讯和量子计算中的应用。我们拟采用全量子的处理方法，研究超冷原子与光腔的耦合系统，同时考虑由于腔场噪声和原子自旋涨落所带来的影响，其目标是揭示利用超冷原子内部自旋态之间的相干性来影响超冷原子与腔场之间的相互作用，并且产生非线性量子光学效应的物理机制，寻求在超冷原子中实现弱光非线性的有效方案。在此基础上，探索超冷原子量子相的无损探测以及利用非线性量子光学效应进行原子多体量子态制备的新手段。

非线性光学效应如光孤子、光学双稳态等在光通讯和信息处理上有着重要的应用。近年来随着量子通讯和量子计算的兴起，基于光子的量子信息处理原理上需要在单光子水平下操作,这就要求相应的量子器件能够感应与控制单个光子信号。由于这一技术需求，弱光乃至单光子非线性光学正在逐步进入人们的研究视野。本项目研究了基于超冷原子自旋相干性的内腔非线性量子光学效应，并探索其在量子通讯和量子计算中的应用。在3年的研究工作中，我们考虑了超冷玻色原子气体与腔场耦合动力学，并寻求高效率的产生弱光非线性效应的途径，同时还研究了基于超冷费米原子的非线性量子光学效应。在上述研究的基础上，探索了在原子与腔场耦合系统中进行无损测量以及利用非线性量子光学效应制备原子多体量子态的新手段。本项目的完成，对于量子光学和量子信息等领域的研究进展起到一定的促进作用，并可以为相关实验提供理论参考和依据。