一种生成质量最优路径纠缠微波信号的压缩参量选择方法

介绍了路径纠缠微波及其生成原理,将生成信号以量子力学算符的形式表示,并在光子数态表象下展开,定性地给出了生成信号与压缩参量之间的关系.提出了一种路径纠缠微波信号质量评价方法,即通过信号中纠缠微波光子总数的期望值表征信号的纠缠度,间接实现对信号质量的评价.基于这种信号质量评价方法,提出了一种生成质量最优路径纠缠微波信号的压缩参量选取方法:在近似确定有效纠缠微波光子数的前提下,找出生成不同微波光子数纠缠概率最大时的一组压缩参量值,进而得出各个压缩参量值所对应的一组纠缠微波光子总数的期望值,其中的最大值对应的压缩参量值即为生成质量最优信号所要选择的压缩参量值.通过理论分析,发现路径纠缠微波信号质量由压缩参量决定,且只与压缩幅有关,而与压缩角无关.仿真实验结果表明,在纠缠微波光子数的最大有效值取为"26"时,纠缠微波光子总数期望值的最大值对应的压缩幅值为1.77,即压缩幅取此值时所得到的路径纠缠微波信号质量最佳,仿真结果表明该方法是有效的.本文的研究为路径纠缠微波在实验研究和实际应用中如何生成高质量信号的问题提供了思路.     

运动纠缠双原子与压缩相干态光场相互作用系统的场熵演化

利用全量子理论,研究了运动纠缠双原子与压缩相干态光场相互作用系统的场熵演化特性,讨论了相干态振幅参量、光场压缩参量、原子的运动和场模结构参数对系统场熵的影响.结果表明:(1)原子运动导致场熵演化具有周期性.(2)随着相干态振幅参量的增大,原子与光场的纠缠度逐渐减小;而随着压缩参量的增大,原子与光场的纠缠度逐渐增大.(3)随着原子运动速度的增大或场模结构参数的增大,场熵的演化周期缩短,并且场与原子的纠缠度逐渐减小.     

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.     

Pólya态光场与Bell态双原子相互作用系统的量子纠缠

利用全量子理论,研究了Bell态双原子与Pólya态光场相互作用系统的量子纠缠特性,分别讨论了原子初态、最大光子数M、光场参量p和r对系统场熵的影响。结果表明:当最大光子数M足够大时,随着光场参量p和r的逐渐增大,场熵振幅逐渐缩小,场熵演化曲线趋于平稳;与原子初态为|φA(0)〉的情况相比,原子初态为|ФA(0)〉时,系统的纠缠状态更容易受到光场参量p和r的影响。     

多光子Jaynes-Cummings模型中与Glauber-Lachs态相互作用原子的熵压缩

利用全量子理论,研究了多光子Jaynes-Cummings模型中与Glauber-Lachs态相互作用的混合态原子的信息熵压缩.讨论了相干平均光子数、热平均光子数、跃迁光子数、原子初态参量对原子信息熵压缩的影响.结果表明原子信息熵X分量没有熵压缩性质;相干平均光子数取值适当时,原子信息熵Y分量呈现熵压缩效应;热平均光子数、跃迁光子数会破坏原子信息熵Y分量的熵压缩效应;原子初态参量对原子信息熵Y分量能否呈现熵压缩效应没有决定性作用;伴随双光子跃迁时,原子的熵压缩因子的时间演化曲线呈现周期性.     

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.     

多光子Jaynes-Cummings模型中与Glauber-Lachs态相互作用原子的熵压缩

利用全量子理论,研究了多光子Jaynes-Cummings模型中与Glauber-Lachs态相互作用的混合态原子的信息熵压缩。讨论了相干平均光子数、热平均光子数、跃迁光子数、原子初态参量对原子信息熵压缩的影响。结果表明原子信息熵 分量没有熵压缩性质;相干平均光子数取值适当时,原子信息熵 分量呈现熵压缩效应;热平均光子数、跃迁光子数会破坏原子信息熵 分量的熵压缩效应;原子初态参量对原子信息熵 分量能否呈现熵压缩效应没有决定性作用;伴随双光子跃迁时,原子的熵压缩因子的时间演化曲线呈现周期性。     

运动纠缠双原子与二项式光场相互作用的纠缠特性

本文主要利用量子熵理论,讨论运动纠缠双原子与二项式光场的量子纠缠特性随时间的演化规律,结果表明:光场与原子纠缠度依赖于场模结构参数、光场的调节参量以及光子数.场模结构参数改变,影响纠缠周期性的变化且纠缠度随其增大而降低;当场调节参数处于中间值时,场熵呈明显周期性变化,系统纠缠度最大,退纠缠持续时间最短;光子数的改变不影响场熵演化的周期性,但是会影响周期内振荡频率和纠缠度的最大值.     

运动纠缠双原子与二项式光场相互作用的纠缠特性

本文主要利用量子熵理论,讨论运动纠缠双原子与二项式光场的量子纠缠特性随时间的演化规律,结果表明:光场与原子纠缠度依赖于场模结构参数、光场的调节参量以及光子数.场模结构参数改变,影响纠缠周期性的变化且纠缠度随其增大而降低;当场调节参数处于中间值时,场熵呈明显周期性变化,系统纠缠度最大,退纠缠持续时间最短;光子数的改变不影响场熵演化的周期性,但是会影响周期内振荡频率和纠缠度的最大值.     

量子微波及其接收方法综述

量子微波兼具量子信号的量子特性以及微波频段信号的中远距离传播的能力,在通信、雷达、导航和定位等诸多方面具有广阔的应用前景。本文针对目前在量子微波接收方面的研究相对较少的现状,总结和分析了量子微波的特性及其接收方法。首先,介绍微波单光子、纠缠微波光子对以及压缩态和纠缠态微波场的特性和制备方法;然后,重点梳理和总结量子微波在量子雷达以及相关物理系统中的接收方法、检测方法、和研究现状;最后,指出量子微波接收技术中存在接收端探测信号较弱、微波频段量子纠缠态检测技术不够成熟,以及量子检测算符有待进一步最优化等问题。针对这些问题,梳理了几种降低接收端的噪声,提高探测信号的信噪比,以及基于纠缠见证的路径纠缠微波检测方案,从而完成了量子微波从制备到接收的一个完整链路的梳理工作,希望能为量子微波发射和接收系统技术的发展提供一些参考。     

基于纠缠见证的路径纠缠微波检测方法

提出了一种基于纠缠见证的路径纠缠微波信号检测方法.路径纠缠微波是微波频段上的连续变量纠缠,介绍了利用微波压缩态和微波分束器制备路径纠缠微波的方法.根据部分转置正定判据以及2?2纠缠态密度矩阵的部分转置具有负本征值的性质,分别对常见的两种2?2纠缠进行了纠缠见证算符的构造,用于对两路信号是否为纠缠态进行判定.将连续变量纠缠的路径纠缠微波分解为大量2?2纠缠子系统叠加的纠缠态,证明其能够利用所构造的2?2纠缠见证算符来检测路径纠缠微波.同时分析了微波分束器的作用,并利用微波分束器设计了一种用于检测路径纠缠微波信号的实验方案,并在理论上分析了纠缠检测所得到的结果.结果表明,该方法能够有效检测路径纠缠微波信号,降低了检测的复杂度和计算量.本文的研究为纠缠微波的检测提供了思路.     

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.     

Entanglement of Photon-Subtracted Two-Mode Squeezed Thermal State and Its Decoherence in Thermal Environments

Using a non-Gaussian operation—photon subtraction from two-mode squeezed thermal state (PS-TMSTS), we construct a kind of entangled state. A Jacobi polynomial is found to be related to the normalization factor. The negativity of Wigner function (WF) is used to discuss its nonclassicality. The investigated entanglement properties turn out that the symmetrical PS-TMSTS may be more effective than the non-symmetric for quantum teleportation. Then the time evolution of WF is used to examine the decoherence effect, which indicates that the characteristic time of single PS-TMSTS depends not only on the average photon number of environment, but also on the average photon number of thermal state and the squeezing parameter.     

量子微波制备方法与实验研究进展

量子微波信号既保留了经典微波信号的空间远距离传播能力,又具有非经典的量子特性,为微波频段量子通信、量子导航及量子雷达等基于大尺度动态空间环境无线传输的量子信息技术提供了可资利用的重要信号源.按照腔量子电动力学系统、超导电路量子电动力学系统和腔–光(电)–力学系统三大类型实验平台,归纳、分析了微波单光子、纠缠微波光子以及压缩微波场和纠缠微波场的产生原理、方法和相关典型实验的进展,并探讨了非经典微波场在量子导航等自由空间传输系统应用中需重点解决的若干关键问题.     

Complete entanglement transfer between light and qubits

Using the two-mode two-photon Jaynes-Cummings model, entanglement transfer between atoms and field is studied. It is found that when the field is in state constructed from the two-mode photon number states |00〉,|11〉 or the two-mode squeezed vacuum states, full entanglement exchange can be attained no matter the atoms are initially in pure or mixed states. These investigations show that CV entangled states can act as perfectly as the entangled number states in entangling initially separable atoms. The two-mode two-photon atom-field interaction also provides a simple way for the quantum teleportation of atomic or field states.     

Decoherence of two-qubit system in a non-Markovian squeezed reservoir

The decoherence of two initially entangled qubits coupled with a squeezed vacuum cavity separately is investigated exactly. The results show that, first, in principle, the disentanglement time decreases with the increase of squeeze parameter r, due to the augmenting of average photon number of every mode in the squeezed vacuum cavity. Second, there appear entanglement revivals after the complete disentanglement for the case of even parity initial Bell state, while there occur the entanglement decrease and the entanglement revival before the complete disentanglement for the case of odd parity initial Bell state. The results are quite different from those for the case of qubits in a vacuum cavity.