Научная литература
booksshare.net -> Добавить материал -> Физика -> Бауместер Д. -> "Физика квантовой информации" -> 69

Физика квантовой информации - Бауместер Д.

Бауместер Д., Экерт А., Цайлингер А. Физика квантовой информации — М.: Постмаркет, 2002. — 376 c.
ISBN 5-94057-017-8
Скачать (прямая ссылка): fizikakvantovoyinformacii2002.pdf
Предыдущая << 1 .. 63 64 65 66 67 68 < 69 > 70 71 72 73 74 75 .. 151 >> Следующая

Вся последовательность экспериментальных действий состоит в посылке одного или двух атомов, разделенных точно определенным интервалом, через систему и детектирование их в De и Dg. Эта последовательность повторяется много раз с периодом 1.5 мс, который намного превышает время затухания резонатора, так что при запуске каждой последовательности поле в С находится в одном и том же начальном состоянии. Результаты многократных испытаний подвергаются статистической обработке. Распределения совместных двухатомных вероятностей, как правило, составляются из 15000 испытаний, записываемых приблизительно в течение двух часов. Было выполнено два типа экспериментов. В первом, рассмотренном в разделе
5.2.3, атомы и резонаторная мода находятся точно в резонансе, что приводит, посредством обмена энергии, к перепутыванию энергети-
180 На подступах к квантовым вычислениям: эксперимент
ческих состояний поля и атомов. Во втором, рассмотренном в разделе 5.2.4, атомы и поле не находятся в резонансе и поэтому взаимодействие приводит к сдвигу энергетических уровней атомов и резонатора, т.е. перепутыванию соответствующих фаз.
5.2.3 Резонансная связь: осцилляции Раби и перепутанные атомы
Рассмотрим случай, когда резонатор настроен в резонанс с атомным переходом \е) —» |g). В непрерывном потоке атомов, отдельный атом может излучать или поглощать единичные фотоны в С [161-169]; такое же совокупное излучение происходит при работе микромазера [170]. Это взаимодействие в системе на уровне единичных атомов и фотонов было использовано при демонстрации квантовых осцилляций Раби [171], перепутывания между двумя атомами [168] и детектирования отдельных фотонов без поглощения [169].
Простейший эксперимент выполняется при помещении атома, находящегося на уровне \е), в резонатор и измерении вероятности того, что состояние атома изменится с \е> на |g) ( зоны и R2 не используются) [165]. Измерение повторяется для различных времен взаимодействия t между атомом и резонатором, которое варьируется в течение пролетного времени либо изменением скорости атомов, либо штарковской настройкой частоты атомного перехода в резонанс с модой поля за часть пролетного времени.
На Рис. 5 .2(A) показан сигнал осцилляций Раби, как функция эффективного времени взаимодействия t в случае, когда резонаторное поле изначально находилось в вакуумном состоянии. Экспериментальные данные изображены точками, сплошная линия - теоретический расчет. Эффективное время взаимодействия t, рассчитанное исходя из параметров эксперимента, учитывает гауссово изменение связи внутри резонатора. Наблюдаются четыре полные осцилляции Раби с частотой близкой к ПИл= 50 кГц. Они соответствуют основному процессу модели Джейнса-Каммингса: обратимая эволюция атома меж-ДУ Iе) и |gX сопровождаемая испусканием и поглощением одного фотона. Затухание осцилляций вызвано несовершенством эксперимента. Во временной шкале этот сигнал вакуумных осцилляций Раби является двойником вакуумного расщепления Раби, наблюдаемого в спектре системы атом - пустой резонатор [172, 173].
На Рис. 5.2(B-D) изображен сигнал осцилляций, когда первоначально в резонаторе имеется когерентное поле со средним числом фотонов равным, соответственно на каждом из рисунков, п = 0.40(±0.02), 0.85(±0.04) и 1.77(±0.15). Осцилляции содержат несколько частотных компонент, отвечающих различным числам фотонов в поле. Биения
Эксперименты по КЭР: атомы в резонаторах и ионы в ловушках 181
между ними вызывают исчезновение и появление осцилляций [171]. Фурье - образы сигналов Раби, показанные на Рис.5.2(а - d), содержат пики на частотах QyJ п+1, соответствующих частоте Раби в п-фотонном поле (л = 0 -г 3). Частота Раби, пропорциональная амплитуде классического поля, является, таким образом, дискретной величиной. Этот факт служит прямым доказательством квантования поля. На Рис. 5.2(a- S) показаны Фурье компоненты амплитуд, которые непосредственно дают распределения чисел фотонов. Небольшой пик при П\/~2 на Рис.5.2(a) возникает благодаря остаточному тепловому полю, которое имеет среднее число фотонов 0.06 при температуре 0.8К.
Рис. 5.2. Квантовые осцилляции Раби. (А), (В), (С) и (D): нутация сигнала Раби. (А): поле отсутствует и среднее число тепловых фотонов 0.06 (±0.01); (В), (С) и (D): когерентное поле со средним числом фотонов 0.40 (±0.02), 0.85 (±0.04) и 1.77 (±0.15). Точки - экспериментальные данные; сплошные линии- теория, (а), (b), (с), (d): соответствующие Фурье-образы. Частоты, пропорциональные квадратным корням из последовательных целых чисел, показаны вертикальными линиями, (а), (/?), (у), (8) : распределения чисел фотонов, построенные на основе экспериментальных данных (точки). Сплошные линии: теоретические тепловое (а) или когерентное ((/?), (у), (<5)) распределения.
Кроме доказательства квантования энергии поля этот эксперимент демонстрирует, что резонансное взаимодействие атома с модой поля доминирует над процессами релаксации. Результирующее перепуты-
182 На подступах к квантовым вычислениям: эксперимент
вание атом-поле может быть использовано для создания или манипулирования квантовым перепутыванием, обеспечивая, таким образом, основу для элементарных квантовых вычислительных операций.
Предыдущая << 1 .. 63 64 65 66 67 68 < 69 > 70 71 72 73 74 75 .. 151 >> Следующая

Реклама

c1c0fc952cf0704ad12d6af2ad3bf47e03017fed

Есть, чем поделиться? Отправьте
материал
нам
Авторские права © 2009 BooksShare.
Все права защищены.
Rambler's Top100

c1c0fc952cf0704ad12d6af2ad3bf47e03017fed