玻色—爱因斯坦凝聚中的自旋压缩

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1、玻色—爱因斯坦凝聚中的自旋压缩【摘要】：自旋压缩态是一个多体纠缠态,它对于原子干涉仪,精密光谱测量以及量子信息有着重要意义。本文研究了双模冷原子(玻色-爱因斯坦凝聚)中自旋压缩的产生。压缩的机制是依靠冷原子之间的弹性相互作用。在实际实验中,伴随这一作用同时存在的其它因素,诸如退相干效应,凝聚体模式的集体激发(空间动力学)等,将严重影响着最终获得的自旋压缩量。为符合实际实验情况,在研究中我们考虑了由粒子损失导致的退相干效应,以及冷原子的空间动力学对于压缩量的影响。我们发现,当粒子损失的百分比与压缩参数可比拟时,粒子损失带来的效应不可忽略。通

2、过运用波函数蒙特-卡洛方法,我们得到了一个能够定量描述粒子损失对于自旋压缩影响的解析表达式,它使我们能够对实验参数进行优化,以逼近可获得的最大压缩极限。另一方面,我们发展了一套半解析方法,用于研究压缩过程中相互关联的自旋动力学与外部空间空力学。这一方法使得原本为计算相应结果所依赖的庞大数值模拟得以大大简化。在某些特殊情况下,我们的方法甚至可以得到完全解析的理论结果。我们将理论研究应用于实际情况,并在最近实现的原子芯片上的自旋压缩实验中取得了成功。最后,我们研究了另一种与自旋压缩有关的冷原子系统,冷原子的两个自旋分量由两个外部的空间模式构成

3、,它们通过隧穿效应相干偶合。在T(?)Tc的低温条件下,.基于双模模型我们计算了该系统可获得的自旋压缩量；而在T(?)Tc的高温区域,我们研究了该系统在巨正则系宗下跟自旋压缩相关的平衡态统计性质。【关键词】：玻色-爱因斯坦凝聚空间动力学与凝聚体相位自旋压缩量子测量纠缠态退相干【学位授予单位】：华东师范大学【学位级别】：博士【学位授予年份】：2011【分类号】：O431.2【目录】：摘要6-7Abstract7-8R(?)sum(?)8-9目录9-12第一章背景介绍12-16第二章自旋压缩的基本理论16-282.1自旋系统的压缩16-202

4、.1.1压缩参数的定义16-182.1.2自旋压缩在量子测量中的意义18-202.1.3压缩态的各种制备方式202.2BEC中的自旋压缩机制20-282.2.1次型哈密顿量21-232.2.2系统对称情况下的解23-252.2.3非对称情况下的普适解25-28第三章退相干效应:粒子损失28-523.1含粒子损失的自旋压缩模型28-383.1.1仅含单体损失情况下的精确解32-333.1.2两体损失和三体损失:近似后的解析解33-383.2对称情况下压缩参数的优化38-433.3退相干环境下压缩态的存活时间43-523.3.1仅含单体损失的

5、情况44-473.3.2单体、双体和三体损失皆存在的情况47-52第四章自旋压缩与空间动力学52-704.1态矢的演化52-574.2动力学过程的modulus-phase近似57-654.2.1基本模型57-614.2.2Breathe-together情况61-654.3经过提取的压缩参数65-70第五章有关自旋压缩的实验方案70-785.1相互重合的铷原子和钠原子凝聚体70-725.2相互分开的铷原子凝聚体72-78第六章基于原子芯片的自旋压缩态:慕尼黑实验78-986.1初态制备与相干操控78-796.2可调非线性效应79-836

6、.2.1囚禁势分开距离较大的情况81-826.2.2囚禁势分开距离较小的情况82-836.3Ramsey干涉条纹及其对比度83-876.4主要实验结果与数据分析87-956.4.1实验步骤87-896.4.2数据分析89-956.5自旋压缩态在原子钟方面的应用95-98第七章囚禁于双势阱中的凝聚体:巴黎实验98-1167.1实验结果总结98-997.2非稳态双模模型99-1067.2.1双模模式的构建100-1027.2.2动力学演化:势垒升起所需时间对系统的影响102-1067.3热平衡态下的多模理论106-1167.3.1理想气体:精

7、确解107-1137.3.2简要的物理分析113-116第八章结论与展望116-120附录A与压缩参数相关的算符量子平均120-124附录B系统在Bloch球面上转动的表示124-126附录C相位因子A的演化126-128附录DGPE的数值解128-134附录E由g~((1))函数来计算Var(N_l-N_r)134-136参考文献136-146相关成果目录146-148后记及致谢148-149本论文购买请联系页眉网站。