多光子 Jaynes-Cummings 模型：Fock 空间中的任意旋转与量子滤波器

研究了多光子 Jaynes-Cummings 模型并探讨了其在量子信息科学中的应用。考虑强原子-场耦合区及 $N$ 光子相互作用，非线性驱动场可在腔模的 Fock 空间中执行涉及真空和 $M$ 阶 Fock 态（$M<N$）的任意旋转。此外，用线性相干场（多个 Fock 态的叠加）驱动腔模时，只有 Fock 子空间 {$|0\rangle,|1\rangle,..., |N-1\rangle$} 内的腔态可被占据，即我们展示了如何实现一种 Fock 态滤波器或量子剪刀，将给定玻色模的动力学限制于有限的 Hilbert 空间。这种装置可用作有限维量子光学态的产生器，也可作为量子光学限幅器，其特例可确定性地产生单光子脉冲。另一方面，我们的系统在弱原子-场耦合区也提供了非常丰富的物理现象，即多光子类电磁诱导透明现象，为非线性探测场诱导出窄的（可控）反射率窗口。这些结果对量子信息处理应用有用，也激励了进一步研究，例如将 $N$ 光子 Jaynes-Cummings 系统用作具有谐振谱的 qudit，以及探索多光子量子干涉。