基于光子计数的纠缠微波压缩角锁定

针对基于超导180°混合环的纠缠微波制备方案探测效率低、信息处理难以及控制复杂等问题,设计了基于微波光子计数的压缩角锁定方案.对超导180°混合环的输出信号进行微波光子计数,通过贝叶斯准则估计输入压缩态微波场的相对压缩角,并将压缩角校正信息反馈于约瑟夫森参量放大器抽运源,调整两路单模压缩态微波场的相对压缩角为180°,达到控制输出纠缠性能最优的目的.该研究为路径纠缠微波的纠缠性能的提升以及高质量纠缠微波源的设计提供了理论参考.     

压缩态光场平衡零拍探测的位相锁定

平衡零拍探测是测量量子光场的重要方法之一. 通过对相位灵敏光学参量放大器注入的信号进行位相调制, 然后利用平衡零拍探测系统测量光学参量放大器输出的压缩光. 将相位灵敏光学参量分别运转在参量放大和参量缩小, 通过观察噪声谱中的调制信号就可确定测量的量子光场是正交振幅或位相分量. 通过解调位相调制信号可获得误差信号, 实现锁定平衡零拍探测系统本底光与待测光场相对位相为零(对应于待测光场振幅噪声分量). 关键词： 平衡零拍探测 位相锁定     

串联SQUID和不同圈数Washer输入线圈SQUID的制备与表征（英文）

超导量子干涉放大器常被用于读出微弱的磁通以及电流信号,可以将微弱信号转化成为大的电压信号.但是对于单个超导量子干涉放大器而言,其输出电压太小不能直接与室温放大器相连,我们考虑将相同参数的超导量子干涉放大器串联到一起,使其输出电压足够大并达到可直接与室温放大器连接的要求.我们已经制备并测试了约瑟夫森结,过阻尼约瑟夫森结,不同输入线圈的单个超导量子干涉放大器以及既有调制线圈又有反馈线圈的串联超导量子干涉放大器,获得了较好的伏安特性曲线,调制曲线以及将调制曲线进行傅里叶变换后的幅频特性曲线.通过分析约瑟夫森结的伏安特性曲线可知我们的制备工艺流程比较稳定.制备与测试超导量子干涉放大器对于以后将其应用于读出微弱信号领域具有重要的意义.     

基于约瑟夫森参量放大原理的射频微波相位传感器

近期,利用超导量子干涉器(SQUID)的非线性电感效应,种类多样的参量放大器被广泛研究,证明其对射频微波信号,尤其是信号的相位变化响应灵敏。通过实验研究证明了基于约瑟夫森参量放大器的射频微波相位传感器。实验中采用的约瑟夫森参量放大器由一个嵌入超导共面波导谐振器中的DC SQUID构建而成。由于本次样品中SQUID的临界电流较大,一定程度上限制了参量放大器的非线性与可调谐性,可观测到的相位响应灵敏度为1.2 dB/rad。未来通过合理设计样品,降低临界电流值,必将大幅提高相位传感器的灵敏度。     

利用自制的单频激光器获得近通讯波段正交振幅压缩态光场

利用自制的1.34 μm和0.67 μm双波长输出单频激光器作为泵浦源,泵浦基于PPKTP晶体的光学参量放大器,通过边带锁频技术将光学参量放大腔腔长锁定在激光频率上,将泵浦光和信号光相对相位锁定在π相位,经参量缩小过程获得低于散粒噪声极限约3 dB的正交振幅压缩光.压缩光位于光纤通信窗口——1.3 μm波段.     

一种通过约瑟夫森结非线性频率响应确定微波耗散的方法

通过对电流偏置超导约瑟夫森结的微波驱动行为的研究,提出了一个确定约瑟夫森结微波耗散的方法.结的微波耗散由它的品质因子描述.微波耗散严重影响约瑟夫森器件如参量放大器、超导量子比特等的性能.对电流偏置的约瑟夫森结势阱采用四阶近似后,可以得到在较强微波驱动下约瑟夫森结非线性微波响应方程.该方程定量描述了非线性共振频率随外加微波功率变化关系:非线性共振频率与结等离子频率的差别依赖于约瑟夫森结的微波品质因子.对电流偏置的约瑟夫森结的微波运动行为进行了数值模拟.模拟结果确证了微波品质因子与非线性共振频率-等离子频率差别的定量关系可以应用于约瑟夫森结中.用这种非线性频率响应方法来确定约瑟夫森结的微波耗散没有严格的温度要求,可在单个电流偏置的结中完成,实验上具有简单可靠性.     

具有Washer型输入线圈的超导量子干涉放大器的制备与表征

超导量子干涉仪(SQUID)放大器具有低输入阻抗、低噪声、低功耗等优点, 目前被广泛用于微弱信号的检测领域. 与其他工艺相比, Nb/Al-AlO_x/Nb结构的约瑟夫森结具有相对较高的转变温度(T_c)、高的磁通电压调制系数以及良好的热循环能力、较宽的临界电流范围, 因此是制备SQUID放大器的很好选择. 设计并制作了欠阻尼、过阻尼约瑟夫森结以及具有Washer型输入线圈的单SQUID放大器, 通过在He³制冷机3 K温区下对器件电流-电压特性进行测量, 得到良好的结I-V特性曲线、SQUID调制特性, 初步实现利用SQUID进行放大作用, 并计算了SQUID的电流分辨率. 此项工作对于超导转变边沿传感器读出电路的实现具有重要的意义.     

一种倍频因子及输出相位连续可调的微波光子移相系统

提出一种倍频因子连续可调,且相位连续变化的微波光子移相系统.系统主要由两个集成双偏振双平行马赫增德尔调制器组成,在不使用光滤波器的情况下,调节双平行马赫曾德尔调制器及相位调制器的射频驱动和直流偏置电压,生成二倍频,三倍频,…,六倍频微波信号,同时实现输出微波信号相位0～360°连续可调.仿真结果表明,当射频信号频率为10GHz时,可分别产生频率为20、30、40、50、60GHz的微波信号.调节相位调制器的直流偏置电压与半波电压比值从-1到1变化时,对应微波信号的相位从-180°到180°变化.此外,分析了调制器消光比对输出微波信号光载波抑制比和电杂散抑制比的影响,以及90°电桥相位平衡对微波信号相位漂移和幅度波动的影响.     

基于原子系综的相敏四波混频过程及其应用

由于原子相干性可以增强光学非线性效应，基于原子系综的四波混频过程是产生压缩态和纠缠态的一项有前景的技术。光参量放大器中的相敏放大器的增益随输入信号相位的变化而变化，且相敏放大过程具有低噪声特性。因此，基于原子系综的相敏四波混频过程在实际应用中有着潜在的应用价值。本文介绍了基于原子系综的相敏四波混频过程的理论方案，概述了该系统输出光场的量子特性，综述了基于原子系综的相敏四波混频过程在实验上的应用，包括在双模相敏放大器中利用干涉诱导增强了量子压缩，对双模相敏放大器的相位进行操纵以实现两种类型的纠缠，以及用直接强度探测法测量明亮注入SU(1,1)干涉仪的相位灵敏度。     

频率可调的双路相位编码微波信号系统

提出一种在单输入情况下同时产生两路任意相位编码微波信号的方法,不仅可以保证编码信号180°的相移,还可实现编码信号的频率大范围调谐.建立由一个双平行马赫曾德调制器和一个保偏布拉格光栅组成的系统,激光输入双平行马赫曾德调制器调制后,通过保偏布拉格光栅与偏振分束器的共同作用产生两路偏振正交的±2阶边带.其中一对边带经过相位调制器调制后与另一对耦合,最后输出两个光电探测器拍频得到高频率、低噪声的相位编码微波信号.仿真结果表明,通过调节驱动信号的频率,可得到5～100 GHz的一系列四倍频相位编码微波信号.还原的相位信息与脉冲压缩比均和理论值吻合,证明了所提方法具有良好的脉冲压缩性能.     

Single-mode quadrature-amplitude measurement for generalized two-mode squeezed states studied by virtue of the entangled state representation

The result of one-mode quadrature-amplitude measurement for some generalized two-mode squeezed states has been studied by virtue of the entangled state representation of the corresponding two-mode squeezing operators. We find that the remaining field-mode simultaneously collapses to the single-mode squeezed state with more stronger squeezing. The measurement result caused by a single-mode squeezed state projector is also calculated, which indicates quantum entanglement in squeezing.     

纠缠压缩真空态的纠缠转移

通过分析光学分束器对压缩真空态光场的作用,发现如果分束器的输入光是两束具有同样振幅和相位的单模压缩真空态光场,则输出光为双模压缩真空态光场;若分束器的输入光是两束具有同样振幅但有π相位差的单模压缩真空态光场,则输出光仍为两束单模压缩真空态光场.对于双模压缩真空态光场,每个模中容纳的光子数可以是基数或偶数.而对于单模压缩真空态光场,每个模中只能包含偶数个光子.根据这些结果,提出了一个纠缠转移的方案.在这个方案中,两个纠缠压缩真空态光场被用作量子信道,通过利用光学分束器作用和光子数探测的方法,并在经典通讯的帮助下,实现了三个通讯伙伴之间的纠缠转移.     

Quantum entanglement and nonlocality properties of two-mode Gaussian squeezed states

Quantum entanglement and nonlocality properties of a family of two-mode Gaussian pure states have been investigated. The results show that the entanglement of these states is determined by both the two-mode squeezing parameter and the difference of the two single-mode squeezing parameters. For the same two-mode squeezing parameter, these states show larger entanglement than the usual two-mode squeezed vacuum state. The violation of Bell inequality depends strongly on all the squeezing parameters of these states and disappears completely in the limit of large squeezing. In particular, these states can exhibit much stronger violation of local realism than two-mode squeezed vacuum state in the range of experimentally available squeezing values.     

Entanglement swapping of continuous variable using squeezed vacuum states

We present a realistic scheme for the entanglement swapping of continuous variable, in which a two-mode squeezed vacuum state serves as a quantum channel. The position sum and momentum difference of two local modes are measured. By taking the input entangled state also as a two-mode squeezed vacuum state, we investigate the average fidelity and the von Neumann entropy of the output state. The results show that the perfect teleportation can be achieved by increasing the squeezing of the quantum channel and that any nonzero squeezing in both the quantum channel and the input entangled state is sufficient to swap the entanglement.     

纠缠微波信号的特性及表示方法

纠缠微波信号是电磁场微波频段量子特性的体现.在总结了现有纠缠微波信号产生及验证实验的基础上,针对目前没有统一的表达式来描述纠缠微波信号格式的问题,通过深入分析纠缠微波信号的特性,提出了两种纠缠微波信号的表示方法.一种是在量子框架下,利用双模压缩真空态表示,并分别在光子数表象下和Wigner分布下分析了其信号特征,刻画了正交分量之间的正反关联特性;另一种是在经典框架下,利用关联随机信号表示,刻画了测量后纠缠微波信号场幅度正交分量随时间变化的波形图.两种表示恰当合理地反映了纠缠微波信号连续变量纠缠的特性.     

Nonclassical properties of a contradirectional nonlinear optical coupler

We investigate the nonclassical properties of output fields propagated through a contradirectional asymmetric nonlinear optical coupler consisting of a linear waveguide and a nonlinear (quadratic) waveguide operated by second harmonic generation. In contrast to the earlier results, all the initial fields are considered weak and a completely quantum-mechanical model is used here to describe the system. Perturbative solutions of Heisenberg's equations of motion for various field modes are obtained using Sen–Mandal technique. Obtained solutions are subsequently used to show the existence of single-mode and intermodal squeezing, single-mode and intermodal antibunching, two-mode and multi-mode entanglement in the output of contradirectional asymmetric nonlinear optical coupler. Further, existence of higher order nonclassicality is also established by showing the existence of higher order antibunching, higher order squeezing and higher order entanglement. Variation of observed nonclassical characters with different coupling constants and phase mismatch is discussed.     

利用置于光腔中的非线性耦合器制备压缩和连续变量纠缠光

利用置于光腔中的非线性耦合器制备了压缩和连续变量纠缠光.通过特征函数方法解析求解了双模腔场满足的主方程.分析发现：在一定的条件下,此系统能产生稳定的双模压缩和连续变量纠缠光,且压缩和纠缠的强度与系统的耦合参量及腔场损耗系数密切相关.     

Squeezing and entanglement of a two-mode field in a four-level tripod atomic system

The interaction of a collection of N four-level tripod configuration atoms with two orthogonally polarized probe fields is investigated. Under the condition of electromagnetically induced transparency (EIT), we calculate the squeezing and entanglement spectra of the output probe fields. By analyzing the output spectrum, we find that the squeezing and entanglement of the probe fields can be well-preserved after passing through the optically thick medium. Additionally, the effects of the ground state dephasing rates of the atoms on the entanglement and squeezing of the output two-mode squeezed fields are investigated. It is shown that the dephasing rates will degrade the entanglement and squeezing, and these quantum properties can be lost when the dephasing rates increase up to a certain value. This will be useful in the quantum computation and quantum communication.     

单-双模组合压缩热态的纠缠性质及在量子隐形传态中的应用

基于单-双模组合压缩真空态一定范围内能够获得压缩增强的效果,引入单-双模组合压缩热态(DSMST),讨论其纠缠性质.利用Weyl编序算符在相似变换下的不变性,简洁方便地导出了DSMST的纠缠度-负对数值,并给出了当热效应存在时保持纠缠的条件.研究表明:与通常的双模压缩态相比,随着参数的增加,DSMST的纠缠度增加.作为DSMST的应用,利用其实现相干态的量子隐形传输.结果表明:不同于纠缠度随压缩参数增加,保真度获得改善是有条件的,该条件恰好就是一正交分量涨落出现压缩增强的参数区域.此外,解析推导了有效隐形传输保真度(1/2)的条件.