连续变量纠缠态光场在光纤中传输特性的实验研究

连续变量纠缠态由于其确定性产生、高效率的特点而被广泛应用于连续变量量子信息处理.在量子信息处理过程中纠缠态与量子信道发生相互作用而退相干,这是限制长距离量子信息发展的重要因素之一.光纤信道作为理想的量子信道,是目前连续变量量子信息研究关注的热点.本文利用Ⅱ类匹配的楔角极化磷酸氧钛钾晶体构成了三共振的非简并光学参量放大器,获得了8.3 dB的光通信波段1.5μm连续变量纠缠态光场.将产生的纠缠态光场注入单模光纤,其量子特性在传输距离达50 km后仍得到保持,纠缠度为0.21dB.该研究可为基于光纤的长距离连续变量量子信息研究提供有效的依据.     

音频段1.34μm压缩态光场的实验制备

音频段压缩态光场是进行连续变量量子精密测量重要的量子资源.本文利用自制的低噪声连续单频671 nm/1.34μm双波长激光器作为抽运源,抽运基于周期极化磷酸氧钛钾晶体的简并光学参量振荡器,进行了光通信波段1.34μm连续变量音频段真空压缩态光场的实验制备.当简并光学参量振荡器运转于阈值以下参量反放大状态时,抽运光场功率为95 mW,本地振荡光功率为60μW时,在分析频率8—100 k Hz范围内研制出1.34μm真空压缩态光场.在分析频率36 k Hz处,压缩态光场的最大压缩度达5.0 d B;在音频频率8k Hz处,压缩态光场的压缩度达3.0 d B.音频段1.34μm压缩态光场可用于实现基于光纤的量子精密测量.     

1.5μm光通信波段明亮压缩态光场的产生及其Wigner函数的重构

1.5 μm光通信波段非经典光场在光纤中有着极低的传输损耗, 因而是基于光纤的实用化连续变量量子信息研究的重要资源. 本文利用周期极化磷酸氧钛晶体构成的半整块结构简并光学参量放大器, 实验获得了连续变量1.5 μm光通信波段的明亮压缩态光场. 光学参量放大器的阈值功率为230 mW. 当780 nm抽运光场功率为110 mW, 1.5 μm注入信号光场功率为3 mW时, 连续变量1.5 μm明亮正交位相压缩态光场的压缩度达4.7 dB. 进而利用时域零拍探测系统测量压缩态, 采用量子层析技术重构了该明亮正交位相压缩态光场的Wigner准概率分布函数.     

连续变量多组分纠缠态光场及其在量子计算中的应用

在发展基于单光子的量子信息系统的同时,以光场正交分量为基础的连续变量量子信息科学也在蓬勃发展,多组分纠缠态光场是研究连续变量量子计算的基本资源.文章简要介绍了连续变量多组分纠缠态光场的概念和制备方法,以及连续变量量子计算的基本模型和实验研究进展.     

连续变量Einstein-Podolsky-Rosen纠缠态光场在光纤信道中分发时纠缠的鲁棒性

Einstein-Podolsky-Rosen纠缠态光场是实现基于光纤的连续变量量子信息处理的重要量子光源,其在光纤信道分发时会与信道相互作用发生解纠缠,影响量子信息处理的性能.本文利用部分转置正定判据分析了Einstein-Podolsky-Rosen纠缠态光场在单通道和双通道光纤信道分发方案中,其初始态的关联正交分量对称性、模式对称性、纯度和光纤信道额外噪声对传输距离、纠缠态光场的纠缠特性及鲁棒性的影响.在单通道和双通道方案中,光纤信道的额外噪声都会引起纠缠态光场的解纠缠,随着噪声的增大,传输距离迅速减小.要保持Einstein-Podolsky-Rosen纠缠态光场在光纤损耗信道中的纠缠鲁棒性,双通道方案比单通道方案对初始态的关联正交分量对称性和纯度方面的要求更为苛刻.而且单光纤噪声通道分发方案对模式对称性参数不敏感,模式对称性参数变化不会引起解纠缠,也不影响最大传输距离和纠缠鲁棒性特征;在双光纤噪声通道分发时,模式不对称参数降低会减小最大传输距离,并出现纠缠突然死亡.     

连续变量量子态的光学操控

量子态的光学操控是指在光场的传输、存储和频率变换等过程中用光学方法对光场的量子态进行操作与控制.量子态操控是量子通讯及量子态制备和应用的基础.在简要介绍连续变量多组份纠缠态光场制备的基础上,概述基于多组份纠缠态光场的连续变量量子通讯网络及在执行压缩态和纠缠态光场操控方面的实验研究进展.     

压缩态光场发生器

正压缩态光场发生器是集基波和二次谐波双波长输出的连续单频激光器、光学参量放大器(OPA)与平衡零拍探测器为一体,直接产生单模振幅压缩态光场的装置,并能通过所附的探测系统定量测定压缩度。该压缩态光场发生器可用于量子信息及量子测量领域。型号:CV-squeezer(1064nm);振幅分量压缩度:5dB:输出压缩态光场波长:1064nm;长期稳定性:4-5.5dB连续运转30min。     

光通信波段低频压缩态光场的实验制备

本文利用周期极化磷酸氧钛钾晶体构成的半整块结构简并光学参量振荡器实验制备了连续变量光通信波段低频压缩态光场。光学参量振荡器的阈值功率为210 mW。当775nm抽运光场功率为130 mW时,在分析频段50kHz~900kHz范围内获得真空压缩态光场。在200kHz分析频率处,压缩态光场的最大压缩度达5.0dB;在最低分析频率50kHz处,压缩态光场的压缩度为2.0dB。该低频压缩态光场可为基于光纤的量子精密测量提供量子光源。     

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。     

压缩态光场发生器

<正>压缩态光场发生器是集基波和二次谐波双波长输出的连续单频激光器、光学参量放大器(OPA)与平衡零拍探测器为一体,直接产生单模振幅压缩态光场的装置,并能通过所附的探测系统定量测定压缩度。该压缩态光场发生器可用于量子信息及量子测量领域。型号:CV-squeezer(1064nm):振幅分量压缩度:12dB;输出压缩态光场波长:1064nm;长期稳定性:4-5.5dB连续运转30min。     

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.     

Low noise, continuous-wave single-frequency 1.5-μm laser generated by a singly resonant optical parametric oscillator

We report a low noise continuous-wave (CW) single-frequency 1.5-μm laser source obtained by a singly resonant optical parametric oscillator (SRO) based on periodically poled lithium niobate (PPLN). The SRO was pumped by a CW single-frequency Nd:YVO₄ laser at 1.06 μm. The 1.02 W of CW single-frequency signal laser at 1.5 μm was obtained at pump power of 6 W. At the output power of around 0.75 W, the power stability was better than ±1.5% and no mode-hopping was observed in 30 min and frequency stability was better than 8.5 MHz in 1 min. The signal wavelength could be tuned from 1.57 to 1.59 μm by varying the PPLN temperature. The 1.5-μm laser exhibits low noise characteristics, the intensity noise of the laser reaches the shot noise limit (SNL) at an analysis frequency of 4 MHz and the phase noise is less than 1 dB above the SNL at analysis frequencies above 10 MHz.     

890 mW Diode Pumped Nd:YVO4 Intracavity-doubled Red Light Laser

A diode-pumped Nd3+:YVO4 emitting at 1342 nm and 671 nm was developed. Low concentration neodymium doped Nd:YVO4 shows excellent stability at 1342 nm. With a type-Ⅱ noncritical phase-matched LBO crystal as the intracavity frequency doubler, 890 mW of 671 nm light was obtained at 11.2 W incident pumping power, the optical-optical conversion efficiency is 7.9%.     

890 mW Diode Pumped Nd:YVO4 Intracavity-doubled Red Light Laser

A diode-pumped Nd3+:YVO4 emitting at 1342 nm and 671 nm was developed. Low concentration neodymium doped Nd:YVO4 shows excellent stability at 1342 nm. With a type-Ⅱ noncritical phase-matched LBO crystal as the intracavity frequency doubler, 890 mW of 671 nm light was obtained at 11.2 W incident pumping power, the optical-optical conversion efficiency is 7.9%.     

优化抽运空间分布实现连续变量超纠缠的纠缠增强

超纠缠近年来受到人们广泛的关注,其在量子信息和量子通信领域具有非常重要的作用.在Liu等(2014 Phys. Rev. Lett. 113 170501)的工作中,他们利用二类相位匹配的非简并光学参量放大器获得了约1.00 dB的同时具有轨道角动量和自旋角动量纠缠的连续变量超纠缠态.在此基础上,本文通过进一步分析抽运模式与下转换模式间的纠缠关系,优化了抽运空间构造.实验结果表明,相比Liu等利用高斯基模做抽运场,使用优化的抽运模式时轨道角动量纠缠和自旋角动量纠缠的不可分度分别提高了96.2%和96.3%,最终将超纠缠态的纠缠度提高到了(4.00±0.02) dB,为连续变量超纠缠态的进一步应用奠定了基础.     

对应于铯原子D1线连续可调谐正交压缩态光场的制备

铯原子D₁线的非经典光由于其波长接近于量子点的独特优势,在固态量子信息网络的发展中有着重要的应用前景.在之前的工作中,利用两镜连续简并光学参量振荡器中的参量下转换过程,制备出2.8 d B正交压缩真空态光场.然而,所产生光场的压缩度较低,对于对压缩光具有实用意义的可调谐性能也未做进一步探究.理论分析表明,光学参量振荡器后腔镜对信号光透射率的增加及内腔损耗的减小可以提高压缩度.因此,本文在该研究基础上,通过使用高光洁度腔镜及优化腔镜镀膜参数等方式对光学参量振荡器进行改良,降低了光学参量腔阈值,获得压缩度为3.3 d B的单模正交压缩真空光.当光学参量腔运转为参量反放大状态时,在系统稳定运行的情况下,制备的明亮压缩态光场能够连续调谐80 MHz,为其在量子信息网络中的应用奠定了良好的基础.     

激光二极管抽运Nd∶YVO4晶体1342nm和671nm激光器研究

报道了激光二极管抽运的Nd∶YVO₄晶体1342和671nm激光特性.1342nm激光最大输出功率为1.75W，光-光转换效率为32.1%，斜效率为43%.利用Ⅰ类非临界相位匹配LBO晶体腔内倍频，当输入抽运功率为6W时，获得功率为502mW的671nm激光输出，光-光转换效率超过8.3%；当671nm激光输出功率为400mW时，短期的不稳定度小于2%. 关键词：