增光子二模纠缠相干态的纠缠特性及其通过腔量子电动力学的制备

分析了增光子二模纠缠相干态的纠缠特性,得到共生纠缠度的解析表示式.结果表明:增光子二模纠缠相干态的共生纠缠度与叠加态的相位有非常灵敏的关系.提出了一种制备增光子相干态和增光子二模纠缠相干态的方法,其制备过程为首先把增光子相干态转化为相干态与真空态一种特殊的叠加态(叠加系数与相干态振幅有关),再通过位于高Q腔内的原子与经典激光场的相互作用,从而实现增光子相干态的制备.通过一个飞行原子先后与两个光腔中光场相互作用可以实现增光子二模纠缠相干态的制备.     

增光子二模纠缠相干态的纠缠特性及其通过腔量子电动力学的制备

分析了增光子二模纠缠相干态的纠缠特性,得到共生纠缠度的解析表示式.结果表明:增光子二模纠缠相干态的共生纠缠度与叠加态的相位有非常灵敏的关系.提出了一种制备增光子相干态和增光子二模纠缠相干态的方法,其制备过程为首先把增光子相干态转化为相干态与真空态一种特殊的叠加态(叠加系数与相干态振幅有关),再通过位于高Q腔内的原子与经典激光场的相互作用,从而实现增光子相干态的制备.通过一个飞行原子先后与两个光腔中光场相互作用可以实现增光子二模纠缠相干态的制备.     

光子增减叠加相干态在热环境中的退相干

研究了由光子增减叠加操作作用于相干态而得量子态的非经典性及其在热环境中的退相干问题.通过解析导出了Mandel's Q参数、光子数分布、Wigner函数等,讨论其非经典性.研究表明一阶光子增减相干叠加相干态在相空间总是取负值,只要满足条件∣2z* +α-α*∣2＜1.基于Wigner函数的演化积分公式,解析地推导出了在热环境中Wigner函数的简洁表达式.研究首次表明:如果κt＜1/2ln[(2(η)+2)/(2(η)+1)]得以满足,一阶光子增减相干叠加相干态在相空间最小值点处Wigner函数分布总存在负部.此外,根据Wigner函数负部体积讨论了其非经典特性.     

实验条件不完美对薛定谔猫态制备的影响

薛定谔猫态是一类重要的非经典光场,实验上可以通过真空压缩态减光子的方案获得.本文从理论上研究了实验条件对制备薛定谔猫态的影响,主要考虑了包括压缩态的压缩度和纯度、单光子探测器的效率及噪声以及零拍探测器的效率等诸多因素的影响.理想情况下通过减光子方案制备得到的薛定谔猫态为奇光子数态,其相空间原点的Wigner函数为负值是其非经典特性的重要判据,而保真度可以度量制备态与理想猫态之间的相似程度.在压缩态为非纯态以及单光子探测器为商用低效率阈值探测器的情况下,计算了制备猫态的保真度、Wigner函数及其相空间原点处W（0）的表达式,分析了实验条件对薛定谔猫态制备的影响,为制备高质量的薛定谔猫态提供了理论指导.     

多光子非线性过程中的振幅平方压缩

本文研究了多光子非线性光学过程中的振幅平方压缩,证明了K光子么正算符Sk(z)(K>2)对非真空相干态的作用在—级近似下会产生振幅平方压缩.以及Sk(z)(K>2,K≠4)对真空态的作用不会产生振幅平方压缩.发现4个光子么正算符S4(z)对真空态的作用可以产生振幅平方压缩,这表明振幅平方压缩是一种独立于二阶压缩、反聚束以及亚泊松统计分布的新的光场非经典效应.     

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.     

混合腔光力系统的双光子散射

混合腔光力系统同时包含一次和二次光力相互作用。本文研究了混合腔光力系统中的双光子散射问题。在Wigner-Weisskopf框架下,通过求解散射过程,获得了混合腔光力系统散射态的解析表达式,揭示了双光子散射的4个物理过程：1)双光子均被直接反射,不进入腔中;2)一个光子被直接反射,另一个光子入射进腔中;3)两个光子按次序先后入射进腔中,但腔中最多只有一个光子;4)两个光子均入射进腔中。通过分析双光子散射谱,发现在该散射过程中可以产生双光子频率反关联,并且发现了混合腔光力系统中的参数与双光子散射谱特性之间的联系。该研究不仅提供了一种产生关联光子对的散射方法,而且提出了一种表征光力系统参数的光谱方法。     

逻辑门操控腔内多光子过程中原子最大相干性恢复

考虑初始处于最大纠缠态的两全同二能级原子,将其中一个注入单模真空态腔场中发生多光子共振相互作用,而将腔外原子及腔场视为腔内原子的环境,研究通过操作腔外原子实现腔内原子最大相干性恢复调控.考察对腔外原子作Hadamard门操作及基态测量前后两种情况下,腔内原子约化密度矩阵非对角元时间演化曲线.结果表明:对腔外原子操作前,腔内原子总是处于混合态或经典态,相干性不能恢复;对腔外原子操作后,腔内原子密度矩阵非对角元呈现周期性演化,最大相干性可周期性恢复,而且最大相干性恢复周期随光子数目k增大而变小.通过利用腔场与原子之间的共振相互作用和原子之间的纠缠,可实现腔内原子相干性恢复远程控制,与单光之过程相比,多光子过程更有利于原子相干性的恢复.     

由m阶Bogoliubov变换产生一类新的非经典态

我们应用高阶的Bogoliubov变换算符b+ =ν*a+μ*a+作用在双光子相干态上(或最小不确定压缩态),构造了一类新的非经典态广义激发双光子相干态.在双光子相干态表象中,我们给出了广义激发的双光子相干态的量子统计性质以及相位空间的准几率分布函数的解析表达式,我们选择某些特殊值λ和ρ时,这个态可约化为曾经报道过的其他类型的相干态,其数值计算都显示了该态具有很强的非经典行为,并且依赖激发度m和参数.结果表明,我们定义的量子态是更广泛的一类非经典态.     

多模简并多光子Tavis-Cummings模型中的量子纠缠特性(英文)

利用冯·纽曼约化熵理论研究了多模相干态光场与两等同二能级原子简并多光子相互作用系统量子纠缠演化特性,得到了多模光场量子纠缠的解析表达式,并给出了双模光场与两原子相互作用时量子纠缠的数值计算结果.结果表明:量子纠缠随着光子简并度的增大而增强;随着初始平均光子数的增加,量子纠缠演化的周期性变得越来越明显;当场与原子远离共振时,量子纠缠随着频率失谐量的增大而减弱;当失谐量足够大时,场与原子几乎总是处于纠缠状态.这些结论对于纠缠态或纯态的制备及获取光学系统中的量子信息研究中有一定参考价值.     

Photon statistical properties of photon-added two-mode squeezed coherent states

We investigate photon statistical properties of the multiple-photon-added two-mode squeezed coherent states(PATMSCS).We find that the photon statistical properties are sensitive to the compound phase involved in the TMSCS.Our numerical analyses show that the photon addition can enhance the cross-correlation and anti-bunching effects of the PATMSCS.Compared with that of the TMSCS,the photon number distribution of the PA-TMSCS is modulated by a factor that is a monotonically increasing function of the numbers of adding photons to each mode;further,that the photon addition essentially shifts the photon number distribution.     

基于N个有序纠缠光子对的量子机密共享方案

提出了一种基于N个有序纠缠光子对量子机密共享方案.用纠缠光子作为信息的载体,密钥管理者Alice将纠缠光子对分成两个序列,其中一个序列直接发送给合作者之一Bob,在确保第一个序列发送安全后,再对第二个序列进行编码,发送给另一个合作者Charlie.Bob和Charlie分别对他们所接收到的光子序列进行Bell基联合测量,从而得到Alice所发布的密钥,完整密钥的获得需要管理者和所有合作者共同实现.本方案采用两体纠缠态,相对三体纠缠态来说,在实验上更容易实现,仅需要线性光学元件和简单的纠缠源.     

Secure quantum dialogue based on single-photon

In this paper a quantum dialogue scheme is proposed by using N batches of single photons. The same secret message is encoded on each batch of single photons by the sender with two different unitary operations, and then the N batches of single photons are sent to the receiver. After eavesdropping check, the message is encoded on the one remaining batch by the receiver. It is shown that the intercept-and-resend attack and coupling auxiliary modes attack can be resisted more efficiently, because the photons are sent only once in our quantum dialogue scheme.     

利用单光子的量子对话

提出了一个利用一束单光子对话的方案.在方案中,利用两个不同的幺正操作对光子态进行编码,并且从一束光子中选择较大的子集进行窃听检查,该方案能够有效地抵御截取再发送袭击.此外,由于利用单光子没有利用EPR对,因此该方案是很实际的.该方案是绝对安全的.     

基于N个有序纠缠光子对的量子机密共享方案

提出了一种基于N个有序纠缠光子对量子机密共享方案.用纠缠光子作为信息的载体,密钥管理者Alice将纠缠光子对分成两个序列,其中一个序列直接发送给合作者之一Bob,在确保第一个序列发送安全后,再对第二个序列进行编码,发送给另一个合作者Charlie.Bob和Charlie分别对他们所接收到的光子序列进行Bell基联合测量...     

Performance Improvement of Atmospheric Continuous-Variable Quantum Key Distribution with Untrusted Source

Atmospheric continuous-variable quantum key distribution (ACVQKD) has been proven to be secure theoretically with the assumption that the signal source is well protected by the sender so that it cannot be compromised. However, this assumption is quite unpractical in realistic quantum communication system. In this work, we investigate a practical situation in which the signal source is no longer protected by the legitimate parts, but is exposed to the untrusted atmospheric channel. We show that the performance of ACVQKD is reduced by removing the assumption, especially when putting the untrusted source at the middle of the channel. To improve the performance of the ACVQKD with the untrusted source, a non-Gaussian operation, called photon subtraction, is subsequently introduced. Numerical analysis shows that the performance of ACVQKD with an untrusted source can be improved by properly adopting the photon subtraction operation. Moreover, a special situation where the untrusted source is located in the middle of the atmospheric channel is also considered. Under direct reconciliation, we find that its performance can be significantly improved when the photon subtraction operation is manipulated by the sender.     

光子学与光子产业

介绍了光子学的产生、发展及其应用,并对快速发展的光子产业作了展望。     

用单光子计数系统检测微弱光信号

阐述了单光子计数实验中采用脉冲幅度甄别器和光子计数器测量光子数的实验原理,绘制了不同光照时间下的实验曲线,讨论了可能影响实验测量精度及产生误差的原因.     

Extraordinary photons with unusual angular momentum

A series of novel state-vector functions (SVFs), which is the general solution of the Schrödinger equation for a photon, are constructed. Each set of these functions consists of a triplet of eigen-SVFs: The triplet can be broken down into a pair of nonzero l-order functions and a single zero-order function. The photons, described with a triplet of eigen-SVFs, possess all the quantum characteristics of a photon: In addition to common attributes like energy E = ? _ω , and momentum p _z = ? _κ , they also exhibit different angular momenta (AM) L _z+ = l?, L _z? = l?, and L _z0 = 0, where l?1. In other words, in addition to usual eigenvalues L _z±= ±?, there are unusual nonzero l-order eigenvalues L _z± = ±l? and a zero-order eigenvalue L _z0 = 0 for AM of a photon. By a series of SVFs, the pattern from nonzero l-order and zero-order Laguerre-Gaussian modes of a laser beam is explained well from a quantum mechanical point of view.