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

在量子光学领域，量子态的稳定性一直是研究的关键问题。许多对基本量子现象的研究，都迫切需要有效的方法来稳定量子态，以抵抗噪声和耗散的影响。比如，量子计算机的实现，就高度依赖于能够保持量子存储单元相干性的可靠技术。本文将介绍一种量子跃迁反转方案，该方案在理想实验条件下，能实现特定量子光学系统初始态子空间内量子相干性的完全保存，为量子比特（qubit）的无耗散存储提供了可能。

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，可看作是系统与电磁场模式库弱耦合的结果。在马尔可夫近似下，通过对系统运动的全局方程进行处理，可得到描述系统约化密度算符 $\rho$ 演化的主方程：
$\mathcal{L}\rho = -i[H, \rho] + \sum_{j = 1}^{d}(C_{j}\rho C_{j}^{\dagger} - \frac{1}{2}C_{j}^{\dagger}C_{j}\rho - \frac{1}{2}\rho C_{j}^{\dagger}C_{j})$
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。此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中导致的退相干。

后验动力学与量子跃迁

传统推导主方程时，隐含假设对库不进行任何测量。而近期量子光学研究关注了相反情况，即所有输出通道都由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 $j_r$ 所对应的反作用，会导致系统波函数的坍缩（量子跃迁）：
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