超越跨相干态：用于单量子比特或多量子比特最优相干旋转的光场态

半经典地，激光脉冲可用于对原子系统实现任意变换；量子力学上，残余的原子—场纠缠破坏了这一前景。跨相干态是在全量子化情形下通过使初始处于基态或激发态的原子产生完美相干性来解决此问题的光场态。我们从四个方向扩展这一全量子化范式：首先，我们引入可将原子从其基态或激发态变换至 Bloch 球上任一点而无残余原子—场纠缠的光场态。执行角度为 $\theta$ 旋转的最佳强脉冲在光子数方差上被压缩了 $\rm{sinc}\theta$ 倍。其次，我们研究旋转门的实现，表明对处于任意未知初态原子执行 $\theta$ 脉冲的最优高斯场态其数压缩程度较小：$\rm{sinc}\tfrac{\theta}{2}$。第三，我们将这些研究扩展至与多个原子同时相互作用的场，再次发现对数压缩 $\tfrac{\pi}{2}$ 是对所有原子同时执行 $\tfrac{\pi}{2}$ 脉冲的最优方式，其微小修正量级为原子数与平均光子数之比。最后，我们寻找通过涉及 $m$ 光子吸收的非线性相互作用最佳执行角度 $\theta$ 任意旋转的光场态，其中相同的最优压缩因子为 $\rm{sinc}\theta$。因此，广泛种类原子—场相互作用中的反作用可通过以最优量压缩控制场而得以缓解。