32、连续观测下量子光学系统中量子跃迁的反转

连续观测下量子光学系统中量子跃迁的反转

1. 研究背景与意义

当前对基本量子现象的许多研究，若能实现稳定量子态以抵抗噪声和耗散的方法，将大有益处。例如，量子计算机的可实现性关键依赖于保存量子存储元件相干性的可靠技术。本文描述了一种量子跃迁反转方案，在理想实验条件下，能使量子光学中特殊构造系统的初始态子空间内的量子相干性得以完全保存，为量子比特（qubit）提供无耗散存储手段。

2. 量子光学系统的退相干与主方程

量子光学系统的退相干和衰减可视为系统与电磁场模式库弱耦合的结果，库的关联时间远短于系统动力学设定的时间尺度。在马尔可夫近似（关联时间为零）下，通过对全局运动方程中的库态求迹，可得到描述系统约化密度算符 $\rho$ 演化的主方程：
$\dot{\rho} = -i[H,\rho] + \sum_{j = 1}^{d}(C_{j}\rho C_{j}^{\dagger} - \frac{1}{2}C_{j}^{\dagger}C_{j}\rho - \frac{1}{2}\rho C_{j}^{\dagger}C_{j})$
其中，$H$ 是系统哈密顿量，${C_{j}}$ 是系统 - 库耦合中出现的系统算符。该主方程通常会将系统的纯态映射为统计混合态，反映了信息丢失到未观测库模式导致的退相干。

3. 后验动力学与量子跃迁

近期量子光学的许多工作研究了所有输出通道被理想光电探测器连续监测时的后验动力学。对于给定的计数轨迹 $j_1,t_1,\cdots,j_n,t_n$，在时间 $t_r$ 观测到计数 $j_r$ 对应的反作用会导致系统波函数坍缩（量子跃迁）：
$\psi_{c}(t_r + dt