【摘要】：里德堡原子是指原子的最外層電子被激發(fā)到主量子數(shù)n非常大的高激發(fā)態(tài)(里德堡態(tài))情況下的原子,它們的電偶極矩比一般中性原子大很多,因而里德堡原子之間存在很強的偶極-偶極相互作用,使得當多個相互作用的里德堡原子被共振光場激發(fā)時,僅有一個原子可以被激發(fā)到里德堡態(tài),這就是備受關注的里德堡阻塞效應。此外,處于里德堡態(tài)的原子還具有自發(fā)輻射壽命長等特點。近年來,里德堡阻塞效應在量子信息、超冷等離子體、原子相干激發(fā)和多體物理等領域有著廣泛的應用,引起了人們很大的興趣和深入研究。本論文基于里德堡原子間的強偶極-偶極相互作用,研究了下面三個方面的內(nèi)容,取得了若干具有一定創(chuàng)新性的研究結果:首先,我們求解了在共振激光驅(qū)動下的兩個偶極-偶極相互作用的階梯型三能級里德堡原子組成的體系的本征態(tài),發(fā)現(xiàn)該系統(tǒng)具有兩個能量本征值為零的本征態(tài)(二重簡并的暗態(tài)),這與文獻Phys.Rev.Lett.100,170504(2009)單個暗態(tài)的結論是不同的。由于該文獻利用受激拉曼絕熱跟隨技術來產(chǎn)生糾纏態(tài)和實現(xiàn)量子邏輯門,而絕熱跟隨技術在非簡并情況下和簡并情況下有不同的結論,所以上述文獻存在著不足之處,對此我們進行了討論和評述。我們還求解了在共振激光驅(qū)動下的兩個偶極-偶極相互作用的Λ型四能級里德堡原子所組成的體系的暗態(tài),發(fā)現(xiàn)該系統(tǒng)具有五重簡并的暗態(tài),這個結果為我們研究基于暗態(tài)的等效矢勢和磁單極子奠定了基礎。第二,我們研究了激光驅(qū)動下的兩個Λ型四能級里德堡原子組成的體系中產(chǎn)生等效矢勢的方法。根據(jù)Wilczek和Zee的理論,我們基于上述簡并暗態(tài)計算了該體系的非阿貝爾幾何相,得到了等效矢勢,并提出了一個產(chǎn)生磁單極子的方案。第三,我們研究了光學腔中的里德堡超級原子,提出了兩個可以產(chǎn)生量子糾纏態(tài)的方案。在這部分工作中,里德堡原子為階梯形三能級結構,其中下面的兩個能級與光學腔中的單模腔場相互作用,而上面的兩個能級被激光場驅(qū)動。這個體系可以簡化為里德堡超級原子與光學腔模和原子模的三體相互作用的體系。我們發(fā)現(xiàn),通過控制光場與原子相互作用的失諧量和相互作用時間,可以產(chǎn)生腔場模與原子模的量子糾纏態(tài)。另一方面,如果兩個或兩個以上的里德堡超級原子同時與光學腔的單模腔場相互作用,可以通過與腔場的共同作用,使兩個或多個里德堡超級原子糾纏起來。
【學位授予單位】：上海師范大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2019
【分類號】：O562.4
【圖文】：

稱為“范德瓦爾斯力”。范德瓦爾斯力普遍存在，它一般遠小于向性；但是它可以影響物質(zhì)的屬性，例如氦氣的熔點是 4K，而21K。這是因為氡的電子比氦多，受到的范德瓦爾斯力更大，所斯力的束縛轉變成氣體的溫度也很高。另外較重的原子在臨近原偶極矩更大，因而具有更大的范德瓦耳斯相互作用。偶極-偶極相互作用是指具有永久電偶極矩或被誘導電偶極矩的的靜電相互作用。以中性原子為例，雖然整個原子是電中性的，的影響下，原子被誘導而產(chǎn)生電偶極矩。個電偶極子的電偶極矩分別為1 ，2 ，那么它們之間的偶極-偶（原子單位）可以寫為： 3,512312RRRRVRdd 表電偶極子間的位置矢量。量子系統(tǒng)中，可以用 er ' 表示電 與 '代表不同的原子狀態(tài)。

我們討論兩種極限情況。(1)在圖 1-2（A）中，當312 R時，得到 3122 2RE (泰勒展開)。于是 666212RCREpp ,此時范德瓦爾斯勢（van der Waals 長程勢）起主要作用，根據(jù)2 n以及-3 n，進而得出范德瓦爾斯相互作用系數(shù) C6與主量子數(shù) n 的關系為116C n。而相互作用勢是排斥或者吸引取決于失諧Δ的符號。范德瓦爾斯相互作用在超冷里德堡銣原子長程相互作用中擔當著至關重要的角色。(2 在圖 1.2（B）中，當312 R時，起作用的是共振（Forster 共振）偶極-偶極相互作用，33RCEpp ，其中43C n,相互作用能的大小由31 R 決定。

師范大學碩士學位論文 第 1 章由于具有較大的偶極矩，里德堡原子之間的長程偶極 偶極相互作用極3]。這種強烈的偶極-偶極相互作用會引起原子共振能級的移動，所以當同時滿足共振躍遷條件的時候，只有一個原子能有激發(fā)到里德堡態(tài)，另的激發(fā)因為能級的移動而被抑制。以此類推，在臨近范圍內(nèi)的其他原子該里德堡原子的影響而無法激發(fā)，這種效應被稱為“里德堡阻塞效應”或塞”[14]。類似于庫侖阻塞，這個過程是由于相互作用勢誘導能級移動或的[15]。

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