多光子量子光学与量子态操控

我们综述多光子量子光学的理论与实验方面。多光子过程发生并在物质-辐射相互作用的许多方面十分重要，包括原子与分子的有效电离，更一般地，原子跃迁机制；系统-环境耦合与耗散量子动力学；激光物理、光学参量过程与干涉测量。单篇综述无法涵盖如此庞大课题的所有方面。此处我们选择将注意力集中于非线性介质中的参量过程，特别侧重于非经典光子和原子态的操控。我们详细分析了在非线性介质中产生真量子多光子过程的方法与技术，以及相应的多光子有效相互作用模型。我们综述了关于非经典态的分类、操控与操纵的已有方案，包括 Fock 态、宏观叠加态与多光子广义相干态。我们引入并讨论了正则多光子量子光学的结构以及关联的单模与双模正则多光子压缩态。该框架提供了对双光子量子光学的连贯多光子推广，以及对关联于高阶非线性的多光子过程的连贯哈密顿量描述。最后，我们讨论最新进展：通过结合线性与非线性光学器件，可实现电磁场的多光子纠缠态，这与高效量子计算、量子隐形传态及量子通信与信息中相关问题中的应用相关。