EPR纠缠光束时域量子关联的实验验证

我们利用平衡零拍探测系统和数据采集系统直接测量了EPR纠缠光束信号光场与闲置光场正交分量之间的时域量子起伏,验证了其量子关联.通过对EPR纠缠光束中的一束光场进行延迟,验证了信号光与闲置光不同步时将导致量子关联减弱乃至消失.我们的实验结果为开展连续变量量子密钥分发、非高斯态的实验制备和纠缠纯化奠定了实验基础.     

连续变量纠缠增强对实验参量的依赖关系

具有正交振幅和正交相位分量量子关联的连续变量量子纠缠态光场是进行量子信息和量子计算研究的最基本的资源。随着量子信息和量子计算研究的深入开展,为了实现高质量的信息传递和高效率的量子计算,必须尽可能提高所利用的纠缠态光场的纠缠度。基于光学参变过程量子纠缠增强是提高连续变量纠缠态光场纠缠度的一种有效方法,详细讨论了连续变量纠缠增强与非简并光学参变放大器各实验参量的关系,讨论了这些参量对纠缠增强的影响。计算结果将为优化利用非简并光学参变放大器构建的纠缠增强系统,进一步提高量子纠缠增强效率提供参考。     

量子Discord简介及其在特定系统中的计算

量子Discord作为一种比量子纠缠更准确地刻画系统量子关联的物理量,在量子信息理论中备受关注.本文首先简略介绍量子Discord的基本概念,然后以横场Ising系统为例,讨论了量子Discord的一种计算方法.最后根据横场Ising系统的量子Discord得到了表征其特征的三维图像,并讨论了系统中两格点间的关联特性.     

高效率高安全度连续变量量子保密通讯

利用明亮纠缠态光场的EPR关联[1,2],我们实现了连续变量量子保密通讯.系统中EPR源被置于接收站(Bob)内,关联光束之一(信号光)被传送至发射站(Alice),另一束(闲置光)被保留在接收站(Bob)内.Alice将密钥串以二进位量子比特方式调制在信号光束的正交相位振幅分量之上,使信号振幅低于信号光自身的量子噪声,但高于纠缠态光场的关联噪声.     

注入场噪声对非简并光学参量振荡器输出场量子纠缠特性的影响研究

连续变量量子纠缠态是量子信息研究中的一项重要的量子资源。实验上,通常使用非简并光学参量振荡器(NOPO)制备具有正交振幅和正交位相分量量子关联的量子纠缠态光场。本文详细分析了注入泵浦场噪声以及注入信号场和闲置场噪声对NOPO输出场纠缠特性的影响。结果表明,通过优化实验参数,可以减小NOPO注入场的噪声对NOPO输出纠缠光场的影响。同时,减小注入场的噪声,选取位相压缩的泵浦场、噪声关联的信号场和闲置场作为注入信号,可以进一步提高NOPO输出光场的纠缠程度。计算中选取的参数,以实验为依据,可以为实验中改善NOPO输出场的纠缠特性提供参考。     

利用非简并光学参量振荡腔产生连续变量三色三组分纠缠态

利用半经典理论方法计算了运转于阈值以上的非简并光学参量振荡腔输出信号场、闲置场及反射抽运场的关联特性. 根据 van Loock 等提出的连续变量多组分纠缠判据, 计算结果表明, 常温下这三个光场的正交振幅分量与正交位相分量之间存在三组分量子关联, 得到了三色三组分纠缠态光场. 数值计算了关联噪声对参量振荡腔物理参数的依赖关系, 找出了产生三色三组分纠缠态产生的最佳运转条件, 为连续变量多组分纠缠态光场产生系统的设计提供了直接参考. 关键词： 连续变量 非简并光学参量振荡腔 三色三组分纠缠态     

量子相变与量子纠缠

作为量子体系一种内在的非局域性关联,量子纠缠已经成为一个可利用的重要资源并广泛应用于许多领域.强关联体系中的量子相变,作为凝聚态理论中的一个重要现象,也一直是人们研究的热点.本文介绍了量子纠缠的定义,纠缠的判据,以及纠缠的度量.接着,通过一个具体模型对如何利用量子纠缠描述量子相变进行讨论和分析.研究发现,在强关联体系量子相变中量子纠缠扮演着非常重要的角色.     

量子纠缠与经典关联在双光子关联成像中的作用

关联成像引起了人们广泛的兴趣,特别是,二阶关联成像是一种纯粹的量子效应还是也可能是一种经典效应还存在争议.本文分析了三种关联成像方案,其中前两种方案中用经典关联和量子纠缠的双光子光源都能成像,而第三种只能用量子纠缠的双光子光源才能成像.对比发现,纠缠双光子同时存在动量和坐标两个自由度上的关联,在三种成像方案中都可用作光源.而经典关联的双光子不具有动量和坐标的双重关联,而仅仅存在其中一种关联(经典关联),关联成像的方式也因此受到限制.     

高增益自发参量下转换光的关联成像

本文研究了高增益自发参量下转换光的关联成像。在高增益自发参量下转换光束中，既存在信号光和闲置光之间的量子纠缠关联，每束光自身还满足热光统计性质，具有经典热光关联。因此可以利用高增益自发参量下转换过程同时产生两种关联成像方式：纠缠双光子关联成像和热光关联成像。本文比较了纠缠双光子关联成像和热光关联成像的异同，并详细讨论了各种成像条件下高增益自发参量光源的关联成像。     

Bose-Hubbard模型中系统初态对量子关联的影响

量子关联是量子信息、量子计算与量子计量领域的重要资源, 在量子纠缠和贝尔非局域性中, 两子系统起着同等关键的作用, Einstein-Podolsky-Rosen (EPR)量子引导关联的强度介于量子纠缠和贝尔非局域性之间, 对单向EPR量子引导关联而言两子系统的作用不对等. 本文研究了双模Bose-Hubbard模型中模间量子关联的动态特性, 揭示了EPR量子引导关联的取向对系统初态模间交换对称性的依赖关系. 根据Hillery-Zubairy纠缠判据以及基于最大平均量子Fisher信息的纠缠判据考察了系统初态对模间量子纠缠演化规律的影响. 如果模间耦合强度远大于同一势阱内粒子间的相互作用, 初始处于SU(2)相干态的系统在具有确定的两子系统交换对称性的条件下, 其量子关联呈现简单的周期性演化规律; 当这种对称性破缺时, 模间量子关联的演化呈现较复杂的崩塌与回复现象.     

一种基于von Neumann熵的双路径纠缠量子微波信号生成质量评估方法

针对目前没有合适的方法从产生方来表征纠缠量子微波信号的质量好坏, 提出了一种基于von Neumann熵的双路径纠缠量子微波信号生成质量评估方法. 利用双模压缩真空态描述了纠缠量子微波的信号格式, 给出了光子数与压缩参量之间的函数关系, 以熵评估纠缠态信号所占比例, 分析了熵与压缩参量和光子数之间的关系. 仿真结果表明, 纠缠量子微波信号中的光子数是由压缩参量决定的, 它们之间呈指数平方的规律性变化; 熵随着压缩参量的增大而减小, 但是减小的趋势越来越平缓, 近似呈负指数关系, 熵的极限值约为65%. 研究结果表明, 通过选择合适的压缩参量可以提高纠缠微波信号生成质量以满足实际需要, 因此, 本研究对于生成双路径纠缠量子微波电路参数选择、提高系统可用性提供了方法和依据.     

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.     

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.     

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.     

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.     

利用双模压缩真空态实现量子态的远程传输

借助于双模压缩真空态在EPR纠缠态表象中的表示，研究了用双模压缩真空态作为量子通道 实现任意的单模和双模量子态的远程传输. 关键词： 量子隐形传态 EPR纠缠态 压缩真空态     

Degree of Entanglement for Some Bipartite Entangled Bosonic Systems

We calculate the degree of entanglement for some bipartite entangled states of continuous variables.These states include common two-mode squeezed vacuum state, thermal vacuum state of a free single particle (where theh fictitious tilde system is regarded as another particle), and the squeezed vacuum state of two coupling harmonic oscillators.The degree of entanglement for these quantum systems are shown clearly by using the technique of integration within an ordered product of operators.     

Degree of Entanglement for Some Bipartite Entangled Bosonic Systems

We calculate the degree of entanglement for some bipartite entangled states of continuous variables.These states include common two-mode squeezed vacuum state, thermal vacuum state of a free single particle (where the fictitious tilde system is regarded as another particle), and the squeezed vacuum state of two coupling harmonic oscillators.The degree of entanglement for these quantum systems are shown clearly by using the technique of integration within an ordered product of operators.     

Optical enhanced interferometry with two-mode squeezed twin-Fock states and parity detection

We theoretically investigate the quantum enhanced metrology using two-mode squeezed twin-Fock states and parity detection. Our results indicate that, for a given initial squeezing parameter, compared with the two-mode squeezed vacuum state, both phase sensitivity and resolution can be enhanced when the two-mode squeezed twin-Fock state is considered as an input state of a Mach–Zehnder interferometer. Within a constraint on the total photon number, although the two-mode squeezed vacuum state gives the better phase sensitivity when the phase shift φ to be estimated approaches to zero, the phase sensitivity offered by these non-Gaussian entangled Gaussian states is relatively stable with respect to the phase shift itself. When the phase shift slightly deviates from φ= 0, the phase sensitivity can be still enhanced by the two-mode squeezed twin-Fock state over a broad range of the total mean photon number where the phase uncertainty is still below the quantum standard noise limit. Finally, we numerically prove that the quantum Cramer–Rao bound can be approached with the parity detection.