量子纠缠实验中SPDC光谱分布的计算分析与实验研究

理论分析了量子纠缠教学实验中用于纠缠光子对产生的Ⅱ类自发参量下转换(SPDC)光场的光谱分布特征,通过数值模拟给出403nm连续激光光源通过BBO晶体产生的Ⅱ类SPDC光场信号光分布曲线.据此设计了SPDC过程产生的806nm光子分布测量实验,实验结果与模拟结果一致.     

光纤通信波段强度差压缩态光场的实验制备

强度差压缩态光场是指两束光场的强度差起伏低于对应量子噪声极限的非经典光场,由于其两束子模具有较强的强度关联而被用于量子成像、量子随机数产生技术中,此外,又由于其光场强度远高于压缩态光场、纠缠态光场等非经典光场而被广泛用于量子高灵敏测量中。本文利用运转于阈值以上的非简并光学参量振荡器制备了1.3μm强度差压缩态光场,它作为一种双色关联光场可以为制备多色纠缠态光场以及开展量子计算奠定基础。     

光场压缩态的产生及其在亚散粒噪声光学测量和量子信息中的应用

光场压缩态是一种非经典光场,它在超标准量子极限（SQL）的高精度光学测量、超低噪声光通信及量限通信等有着广泛应用前景,是物理学和信息科学交叉前沿研究课题,文章介绍了光场压缩态的产生及它在亚散粒噪声光学测量（sub-shot-noise=limit opical measurement）和量子信息中的重要应用。     

光压缩器的研制

目前,非经典光场已被成功应用于亚散粒噪声极限光学测量,量子非破坏测量,量子离物传态及量子保密通讯等领域.而且近年来随着以EPR纠缠态的非局域关联为基础的量子信息科学的迅速发展,使可以方便地产生连续变量的EPR关联的双模压缩态光场显示出它广泛的应用前景.但是目前压缩态光场产生系统装置庞大、操作复杂、稳定性不理想.因此实现实用化压缩光产生系统就成为一个重要的研究课题.     

优于12dB压缩态光场的产生与观察

压缩态、振幅压缩态和非经典相关态光场等均为非经典光场。压缩态体现着光场的一种新的量子特性,对它的研究有着重大的科学意义;而且因其电场正交相分量之一的量子噪声可低于散粒噪声极限(shot noise limit简称SNL)在光通信、光计算机、光学精密测量及光谱学、非线性光学中有着十分诱人的应用前景。 继非经典相关态光场产生与观察后,最近作者采用负反馈半导体激光器和平衡零拍探测器成功地产生并观察到了低于散粒噪声极限以下12dB的压缩态光场。本文所报道的产生压缩态光场的实验方案不同于业已报道的参量产生方案(如参量转换、四波混频等):首先实验利用半导体激光器作光源,经分束器将很少一部分光作为信号光束,而其主要部分光作为本振光束。没有用到光学腔,强泵浦光和非线性材料;其次,采用了信号光场量子涨落的     

自发参量下转换实现量子非线性逻辑操作方案

自发参量下转换作为一种重要的非经典光场的产生过程,在基础量子光学实验研究、量子通讯、量子计算等领域有着重要的应用.由于参量过程产生的光场具有单光子量子统计特性,在量子通讯中,在提高信息容量,确保信息安全,避免通讯传输过程中的信号窃取等方面具有经典信息无法比拟的优越性.利用I类BBO晶体作为参量下转换,实验上研究了425 nm飞秒脉冲泵浦的下转换光的量子统计分布,并提出了实现量子非线性逻辑门的可行性方案.     

依赖强度耦合的级联三能级原子系统中双模压缩真空初态场的非经典性质

运用全量子理论研究了依赖强度耦合的级联三能级原子系统中双模压缩真空初态场的压缩及量子统计性质,并讨论了初始光场的压缩参量以及原子—光场单光子失谐量对光场非经典性质的影响.     

远程操纵光场的非经典性质

考虑双模纠缠相干光场，在其中一束光场中注入一个二能级原子（处于基态和激发态线性叠加态），参与腔QED演化之后，对原子作选择性的测量，通过操纵参数的变化范围，可实现对光场非经典性质的控制。我们经过研究发现：如果对相互作用的时间t以及参与相互作用的相干光场的参数｜β｜实行一定的操纵，对于未参与相互作用的光场｜α｜，我们可以控制改变它的反聚束效应（光子数的亚泊松分布）、压缩效应等一系列的非经典性质，如果选取合适的参数和一定的演化时间，我们可以使原来的相干态光场变为反聚束光场、压缩光场等一系列非经典光场。也就是说，我们通过利用相干光场之间的纠缠关联实现了远程操纵光场的非经典性质这一目的。这一研究结果对于连续变量的量子控制和量子通信具有一定的实际应用价值。     

小型真空压缩光产生装置的实验研究

压缩态光场是一类重要的非经典光场,是产生量子纠缠和进行量子通信的基础,在量子光学研究中具有十分重要的应用价值。本实验通过使用稳定的光学元件和合理的光路系统,简化系统复杂性,使压缩光装置整体结构紧凑、调节方便、稳定度高和可靠性好,通过上述方法,我们利用周期性极化磷酸钛氧钾(PPKTP)晶体获得了稳定的2 dB压缩和8 dB反向压缩的真空压缩光场。本装置的目的在于提供一种稳定的真空压缩光场产生装置。     

连续变量二类倍频过程中的量子信息操控

从Ⅱ类匹配倍频过程的半经典运动方程出发,讨论了阈值以下三共振Ⅱ类倍频过程中两个非简并基频光模为振幅压缩光场时产生的谐振倍频光场的量子起伏特性。通过对输入基频光场的振幅压缩调节来实现对倍频光场压缩度的控制。结果表明在这个系统中基频光场的量子起伏直接控制着倍频光场的量子起伏。这种以非线性过程实现的量子信息调控在量子通讯及量子网络中具有重要的意义。     

远程控制光场的量子统计性质

考虑双模纠缠相干光场,将其中一束光场注入腔中与一个二能级原子发生共振相互作用,总系统在腔量子电动力学演化过程中,对原子作选择性的测量,通过操纵参加相互作用的时间以及选择适当的光场参量可控制未参加相互作用光场的量子统计性质,在一定条件下可产生反聚束、压缩态等非经典光场,并且通过适当的控制和调整这些参量可以改变未参加相互作用光场的反聚束和压缩特性的强弱。这样,通过利用腔与原子之间简单的共振相互作用和相干光场之间的纠缠关联,实现了远程的、无直接量子测量的控制或改变相干光场的非经典性质这一目的。     

反Jaynes-Cummings模型下纠缠相干光场量子特性的研究

一个二能级原子在经典场的驱动下与单模光场相互作用,在强经典驱动和大失谐的情况下,原子与光场的相互作用可以化为有效的反Jaynes-Cummings模型.在该模型下主要研究了双模纠缠相干光场中的一束与受强经典场驱动的二能级原子相互作用,在演化过程中,对原子作选择性测量,即通过操纵参加相互作用光场的作用时间以及选择适当的光场参数,可以在较长的时间范围和较大的相干参数范围内很好地控制未参加相互作用的相干光场的量子统计特性,得到预期的非经典光场. 关键词： 量子光学 反Jaynes-Cummings模型 反聚束效应 压缩效应     

纠缠双原子和相干光场作用的光子统计非经典特性

采用数值计算法研究了纠缠双原子和相干光场相互作用中辐射光场光子数分布的演化特性。结果表明,通过和纠缠双原子的相互作用,使得不具有反聚束效应和光子亚泊松分布的相干光场获得了非经典特性。并且初始双原子间的纠缠强度越大,辐射光场的非经典性质越强,说明可以通过选择初始原子状态制备非经典辐射光场。     

q形变光场与级联型三能级原子相互作用中场的压缩效应

建立了q形变光场与级联型三能级原子相互作用的非线性理论,求得相互作用绘景中薛定谔方程的形式解,利用数值计算讨论了q形变对相互作用中场压缩效应的影响并与q-偶相干光场的情形做了对比分析。研究发现,q偏离1的程度越大,q形变对场压缩效应的调控能力越强,反映出q形变的非线性行为对量子相干性的干扰以及对量子特性的影响。当q→1时,恢复为普通线性理论。和q-偶相干光场的情形做的对比分析,反映出q-奇相干光场不仅不存在压缩效应,还会弱化压缩效应。这与q-偶相干光场和q-奇相干光场存在不同的量子效应的结论完全一致。     

Non-Classical Rules in Quantum Games

Over the last twenty years, quantum game theory has given us many ideas of how quantum games could be played. One of the most prominent ideas in the field is a model of quantum playing bimatrix games introduced by J. Eisert, M. Wilkens and M. Lewenstein. The scheme assumes that players’ strategies are unitary operations and the players act on the maximally entangled two-qubit state. The quantum nature of the scheme has been under discussion since the article by Eisert et al. came out. The aim of our paper was to identify some of non-classical features of the quantum scheme.     

增光子圆态及其性质

利用光场产生算符的逆算符作用于圆态来构造增光子圆态.讨论了此态的非经典性质,同时计算并模拟出它的维格纳(Wigner)函数.结果表明,在不同光强下,随着激发数的增大增光子圆态光场的平均光子数增加与减少交替地出现;光子激发后,光场的亚泊松统计特性得到增强,压缩效应却受到抑制.维格纳函数图像显示了增光子圆态显著的非经典性质,发现了光子激发与圆态光强的增大都能使量子态由叠加引起的干涉效应明显增强.另外,在不同叠加数的情况下,通过适当选择参量可使维格纳函数具有相同的变化规律.     

Generation of Competitive and Coexisting Two Pairs of Biphotons in Single Hot Atomic Vapor Cell

The non-classical states of light serve as a potential candidate for emerging quantum information process. A processing trend to enhance its scalability is to integrate multiple nonlinear processes with the dressed-state picture into a single device, and therefore, are useful for quantum computations. Here, a novel method is proposed to experimentally achieve the generation of coexisting two pairs of narrow-band biphotons by two four-wave mixing processes in a single hot rubidium vapor cell. Based on the photon-atom nonlinear interfaces, the generated biphotons exhibits genuine entanglement in time–energy. Meanwhile, the nonlinear susceptibility with the dressed-state picture decides the temporal correlation of the biphotons wave packet as a damped periodic Rabi oscillation, suggesting the property of the high-dimensional time–energy entangled state. Such a high-dimensional entangled state also is an efficient way to enhance information carrying capacity. By alternating two nonlinear susceptibilities in a single device, respectively, there exists a competition of the generation rate between such two pairs of biphotons. Moreover, both generated two pairs of biphotons that violate the Cauchy–Schwarz inequality and show their non-classical behavior.     

双模竞争模型中光子的统计性质

运用全量子理论研究了双模竞争模型中光子的统计性质,讨论了原子与双模光场相互作用的相对耦合强度对光子统计性质的影响。数值计算结果表明,双模光场的光子周期性地呈现反聚束效应,光场两模之间总是呈现负相关,并且,这种相关大部分时间为非经典相关。     

Fidelity of quantum information for V-type three-level atom interacting with a number state light field in Kerr medium

In this paper the evolution characteristics of the fidelity of quantum information for the V-type three-level atom interacting with number state light field in Kerr meddium are investigated. It shows that the periodicity of the evolutions of fidelity of quantum information is influenced by the Kerr coefficient, the photon number of the initial field and intensity of light. The evolutions of the fidelity of quantum information are modulated by the initial number state field. The Rabi oscillation frequency and the modulation frequency of fidelity for the field and the system vary with the value of the Kerr coefficient. The evolutions of fidelity of quantum information obviously show the quantum collapse and revival behaviours in the system of atom interacting with light field.     

双模场真空态与相干态的叠加态的准几率分布函数

辐射场的非经典态在量子光学中占有十分重要的位置,在实践中有着非常广泛的应用背景,因此如何构造出各种各样的非经典态引起了越来越多的人的极大兴趣和重视。本文中,我们构造了辐射场的一类新的非经典态,称之为双模真空态与相干态的叠加态。我们对该态做了详细的数值计算以及量子统计性质的讨论。我们构造了双模真空态与相干态的叠加态的数学结构,讨论了它的准几率分布函数。数值计算结果表明,双模真空态与相干态的叠加态具有非常显著的非经典性质,因此双模真空态与相干态的叠加态是一类新的非经典光场态。