高斯脉冲光场作用下的二能级体系非绝热演化量子相位

高斯脉冲光场作用下的二能级体系非绝热演

化量子相位

中国科学: 物理学力学 天文学 2010 年第 40 卷第 2 期: 183 ~ 190

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引用格式: 李永放, 马瑞琼, 任立庆, 等. 非绝热、非周期演化量子相位特征与测量研究. 中国科学: 物理学 力学 天文学, 2010, 40: 183 ~ 190

《中国科学》杂志社

SCIENCE CHINA PRESS

论 文

非绝热、非周期演化量子相位特征与测量研究

李永放*, 马瑞琼, 任立庆, 王蕾, 王兆华, 李百宏

陕西师范大学物理学与信息技术学院, 西安710062

* E-mail: yfli@snnu.edu.cn

收稿日期: 2009-05-15; 接受日期: 2009-09-09

陕西省自然科学基金资助项目(编号: 2007A04)

摘要 以二能级原子系统为模型, 细致地研究了非绝热演化量子相位特征. 基于量子

干涉原理, 提出了一种测量非绝热演化量子相位的新方法. 且阐述了这种测量方法的物

理机理, 利用这种方法在原子态布居几率的干涉条纹中可直接获得量子相位的分布信息.

关键词

非绝热演化相位

量子干涉效应

二能级原子系统

二能态体系是最简单的量子体系, 同时又是量

子特征最强的体系, 因此在研究光与物质相互作用

时往往会从二能级系统出发. 这样做不仅较容易得

到严格解, 也能够清楚地阐述光与物质相互作用过

程中最重要、最基本的机理. 例如, 近年来人们十分

关注的量子信息提取与处理等问题的研究便是基于

二能态体系而展开, 并取得了丰富的结果. 特别是对

量子力学中的基本物理问题——几何相位的研究显

得尤为活跃. 这是由于与几何相位相关的量子比特

操作有着很强的容错能力1),2). 几何相位的这一独特

的物理特性为量子计算研究开辟了新的思路[1~3]. 对

几何相位的研究已由早期的绝热、周期、幺正演化的

Berry 相[4], 逐步推广到非绝热、周期、幺正演化的

A-A 相[5]和非绝热、非周期、幺正演化的一般纯态几

何相位[6]. 近年来的研究又将其推广到幺正演化的混

合态几何相位[7~9]和非幺正演化的混合态几何相位[10].

然而对几何相位的测量是十分困难的, 尤其是

对非绝热或近似绝热演化几何相位的测量还未见报

道. 而以往的测量几何相位的方法大多是采用核磁

共振或光子回波(统称为回波方法)[11~17]. 本文基于高

斯脉冲作用下的二能级原子模型, 解析描述了非绝

热量子相位特征.

利用量子干涉方法在理论上提出了一个切实可

行的测量非绝热演化量子相位的全新实验方法. 新

的测量方法克服了回波方法的不足之处, 可在布居

几率中直接获得量子相位信息. 这一新方法为研究

探索测量几何相位的新机理和新方法有着重要的科

学意义; 对