单原子量子真空作用操控的近场光力学理论研究

结题报告
项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    11565014
  • 项目类别:
    地区科学基金项目
  • 资助金额:
    45.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    A2502.量子物理与量子信息
  • 结题年份:
    2019
  • 批准年份:
    2015
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2016-01-01 至2019-12-31

项目摘要

The project studies theoretically the manipulation of the quantum vacuum action of a two-level atom near a dielectric surface on the quantum properties of the optical field and mechanical motion in a near-field optomechanical system. The main aim of the project is to study and discuss the control of the quantum vacuum action on the atomic level and transition frequency and the effect of the quantum vacuum action on the near-field coupling between a single-atom and cavity evanescent field when the distance between the single-atom and the surface of the micro-cavity wall is a nanoscale. Further, the realization of the steady trapping of the atom near the micro-cavity wall is investigated in detail by regulating the population of the excited state of the atom with the driving optical field and therefore controlling the quantum vacuum force from the attraction to repulsion at a special distance. On this basis, a model of single-atom micro-cavity optomechanical system with strong near-field coupling is established. Correspondingly, the project is to investigate the coherent control of single-atom and the vacuum action on the dynamics and the properties of the optical field inside and outside the cavity. The realization of the directed strong coupling between the single-atom motion and the mechanical motion of the cavity mirror and the generation of the quantum entanglement between them will be studied in detail, the effects of the single-atom and the color noise of the system on the ground-state cooling of a mechanical motion mode are analyzed importantly and the squeezing and measure of a mechanical oscillator’s displacement at the quantum level are explored. Finally, the optimal parameters of the various quantum properties in the system will be provided. The project has an important research value for realizing the control of the micro-cavity optomechanical system by a single-atom, the utilization and detection of the quantum vacuum force and the application of the near-field optomechanics in the quantum information process.
本项目拟从理论上研究邻近电介质表面单个两能级原子量子真空作用对近场光力系统中光场和机械运动量子性质的操控。主要讨论当单原子距离微腔壁表面纳米尺度时,量子真空作用对原子能级和跃迁频率的调控以及对原子与腔倏逝场近场耦合的影响。进一步的,利用驱动光场对单原子激发态布居数进行调控,并使其量子真空力在特定距离时从吸引变为排斥,从而研究单原子在微腔壁附近稳定囚禁的实现。在此基础上,构建单原子近场强耦合微腔光力系统。相应的研究单原子及真空作用对近场光力系统动力学及腔内外光场性质的相干控制,以及研究单原子运动与微腔壁机械运动之间直接的强耦合实现及他们之间量子纠缠产生,分析单原子和系统色噪声对机械运动模式基态冷却的影响,探索机械振子位移在量子水平的压缩和测量,并给出系统中各量子特性优化参数。本项目研究对实现微腔光力系统单原子控制、量子真空力利用和探测以及近场光力学在量子信息处理中应用方面具有重要的研究价值。

结项摘要

本项目拟从理论上研究邻近电介质表面单个两能级原子量子真空作用对近场光力系统中光场和机械运动量子性质的操控。主要讨论当单原子距离微腔壁表面纳米尺度时,量子真空作用 对原子能级和跃迁频率的调控以及对原子与腔倏逝场近场耦合的影响。进一步的,研究单原子及真空作用对近场光力系统动力学及腔内外光场性质的相干控制,以及研究单原子运动与微腔壁机械运动之间直接的强耦合实现及他们之间量子纠缠产生,分析单原子和系统色噪声对机械运动模式基态冷却和压缩的影响,并给出系统中各量子特性优化参数。具体研究了(1)量子辐射体系综与邻近机械振子的量子真空作用对光机械系统动力学行为以及系统中机械运动的量子基态冷却的影响,得出了原子真空作用对量子基态冷却的优化控制。(2)通过单个原子的中介作用实现悬臂梁的机械运动与腔场之间的光机耦合,进一步通过机械运动的正向模分裂和混合光力系统的光学响应演示了系统中真空诱导的强耦合。(3)由一个标准的光力腔中的量子发射器和一个移动镜子组成系统中,利用真空又打的辐射系统-镜子耦合增强混合光机系统的稳态纠缠(4)悬浮光力腔系统与高阶激发原子介质耦合时的光响应特性,得出了原子介质的高阶激发、原子系综的大驱动等对混合系统中的光力诱导透明行为的影响。(5)具有悬浮介电纳米球和高阶激发原子系综的光机力系统中的稳态纠缠,发现其可以通过增加原子的激发数和纳米球的半径进行提升。(6)由悬浮石墨烯片和被囚禁在Fabry-Pérot腔中的超冷原子系综构成的混合光力系统中机械振荡器的宏观量子相干性和机械压缩,得出了量子相干转换的优化条件。(7)得出了由无源腔、无损耗增益腔和与机械振荡器耦合的有源腔组成的光学系统的光响应特性及其参数优化控制。(8) 得出在长时间限制下,通过适当选择调制频率和调制幅度,可以显著地降低机械运动稳态声子数,使机械振荡器冷却到基态。(9)得出了包含一个光学腔和两个机械振子的光力系统的腔模和机械模之间的相干转移。

项目成果

期刊论文数量(15)
专著数量(0)
科研奖励数量(1)
会议论文数量(0)
专利数量(0)
Directed motion of a Brownian motor in a temperature gradient
布朗电机在温度梯度下的定向运动
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2017
  • 期刊:
    J. Stat. Mech.
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    Yibing Liu;Wenjie Nie;Yueheng Lan
  • 通讯作者:
    Yueheng Lan
Cooling mechanical motion via vacuum effect of an ensemble of quantum emitters
通过量子发射器集合的真空效应冷却机械运动
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2015
  • 期刊:
    Optics Express
  • 影响因子:
    3.8
  • 作者:
    Wenjie Nie 聂文杰;Aixi Chen 陈爱喜;Yueheng Lan 兰岳恒
  • 通讯作者:
    Yueheng Lan 兰岳恒
Enhancing steady-state entanglement via vacuum-induced emitter–mirror coupling in a hybrid optomechanical system
通过混合光机系统中的真空感应发射器与镜面耦合增强稳态纠缠
  • DOI:
    10.1088/0953-4075/49/2/025501
  • 发表时间:
    2015
  • 期刊:
    J. Phys. B: At. Mol. Opt. Phys.
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    Wenjie Nie 聂文杰;Aixi Chen 陈爱喜;Yueheng Lan 兰岳恒;Qinghong Liao 廖庆洪
  • 通讯作者:
    Qinghong Liao 廖庆洪
Coupling mechanical motion of a single atom to a micromechanical cantilever
将单个原子的机械运动耦合到微机械悬臂梁
  • DOI:
    10.1364/oe.25.032931
  • 发表时间:
    2017
  • 期刊:
    Optics Express
  • 影响因子:
    3.8
  • 作者:
    Wenjie Nie 聂文杰;Aixi Chen 陈爱喜;Yueheng Lan 兰岳恒
  • 通讯作者:
    Yueheng Lan 兰岳恒
Macroscopic quantum coherence and mechanical squeezing of a graphene sheet
石墨烯片的宏观量子相干性和机械挤压
  • DOI:
    10.1103/physreva.96.063819
  • 发表时间:
    2017
  • 期刊:
    Phys. Rev. A
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    Xiyun Li 李喜云;Wenjie Nie 聂文杰;Aixi Chen 陈爱喜;Yueheng Lan 兰岳恒
  • 通讯作者:
    Yueheng Lan 兰岳恒

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其他文献

不可逆Carnot热机优化性能的局域
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    --
  • 期刊:
    应用科学学报,25(4)418-423,2007
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    聂文杰;何济洲*;周枫
  • 通讯作者:
    周枫
Cooling mechanical motion via vacuum effect of an ensemble of quantum emitters
通过量子发射器集合的真空效应冷却机械运动
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2015
  • 期刊:
    Optics Express
  • 影响因子:
    3.8
  • 作者:
    聂文杰;陈爱喜;兰岳恒
  • 通讯作者:
    兰岳恒
Rashba-Zeeman-effect-induced spin filtering energy windows in a quantum wire
量子线中拉什巴-塞曼效应引起的自旋过滤能量窗
  • DOI:
    10.1063/1.4882024
  • 发表时间:
    2014
  • 期刊:
    Journal of Applied Physics
  • 影响因子:
    3.2
  • 作者:
    陈朝霞;聂文杰;周光辉;李斐
  • 通讯作者:
    李斐
Enhancing steady-state entanglement via vacuum-induced emitter–mirror coupling in a hybrid optomechanical system
通过混合光机系统中的真空感应发射器与镜面耦合增强稳态纠缠
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2015
  • 期刊:
    J. Phys. B: At. Mol. Opt. Phys.
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    聂文杰;陈爱喜;兰岳恒;廖庆洪
  • 通讯作者:
    廖庆洪
榆神府覆沙矿区采煤塌陷地表层土壤理化性质演变
  • DOI:
    10.13758/j.cnki.tr.2017.04.019
  • 发表时间:
    2017
  • 期刊:
    土壤
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    杜华栋;赵晓光;张勇;聂文杰
  • 通讯作者:
    聂文杰

其他文献

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聂文杰的其他基金

开放量子腔光力系统中声子输运特性及其相干操控研究
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AI项目解读示例

课题项目:调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要:

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题,其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子,其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而,TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用,影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法,探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用,为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义,并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路:

科学问题:TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达?
前期研究:已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应,但其具体机制尚不明确。
研究创新点:本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线:包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术:TRIM2与病毒RNA的相互作用分析,IFN-β启动子活性检测。
实验模型:使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

        graph TD
          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
      
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