虚光场对双模SU(1,1)相干态光场与原子玻色-爱因斯坦凝聚体相互作用系统中量子纠缠的影响

在双模SU(1,1)相干态光场和原子玻色-爱因斯坦凝聚体相互作用系统中, 应用全量子理论, 在非旋波近似下, 分别利用量子约化熵和量子相对熵, 研究了双模SU(1,1)相干态光场与原子玻色-爱因斯坦凝聚体间的量子纠缠和双模光场的模间纠缠, 讨论了虚光场、原子-场的耦合常数和光场参数对场-凝聚体原子纠缠和光场模间纠缠的影响.     

平面自旋压缩态的产生与原子干涉的机理

在玻色-爱因斯坦凝聚体中实现自旋压缩和量子纠缠, 对于提高原子干涉测量相位灵敏度和原子钟精度有着非常重要的意义. 基于一种新的平面自旋分量的不确定性关系, 介绍了如何利用两分量玻色-爱因斯坦凝聚系统中原子间相互作用提供的非线性效应和原子内部能级间线性耦合, 实现量子平面自旋压缩(挤压)和模式纠缠. 描述了一项关于平面压缩态的理论工作, 该工作利用哈密顿量的精确对角化求解系统基态, 优化非线性作用和线性耦合强度比值, 使得包含平均自旋方向在内的两个正交自旋分量的不确定度同时压缩, 因此在平面上所有相位角度的涨落都受到压制, 而在与该平面垂直的第三个自旋分量方向反压缩. 利用传统自旋压缩判定纠缠, 只能判断多个不可分辨的原子处于纠缠态, 而平面自旋压缩可以检测两个可区分模式(比如, 原子内态)间的纠缠, 从而在不同模式间进行量子信息处理. 同时, 为实现超越标准量子极限的原子干涉相位精密测量, 传统方式是利用单个自旋分量压缩, 但需要对待测相位角度有很好的估计, 或者可以进行多次测量以逐渐逼近可获得的最大压缩极限, 这就要求量子态可以被精确的重复制备. 而利用平面自旋压缩, 对任意未知相位角度只需要测量两个垂直自旋分量就可以实现高的相位测量灵敏度.     

量子隐形传态的新方案

提出一个量子隐形传态的新方案. 通过对一对压缩参数相同但相互独立的双模压缩真空态(1-2和3-4量子态系统)中的2-3系统施行粒子数-相位的联合测量,制备出另外两体系统(1-4系统)的纠缠态作为纠缠源,从而实现量子隐形传态. 关键词： 量子隐形传态 双模压缩真空态 纠缠态 粒子数-相位测量     

N粒子玻色-爱因斯坦凝聚体最大纠缠态的最短制备时间

研究了玻色-爱因斯坦凝聚体(BEC)N粒子体系在最短时间内制备最大纠缠态的相关规律.我们采用玻色-爱因斯坦凝聚体(BEC)两模模型进行研究,探讨了全同粒子系统粒子间相互作用参数c对制备最大纠缠态所需的最短时间的影响;进而讨论了制备最大纠缠态所需的最短时间tmin与系统粒子数N的关系,以及此时系统参数c的取值范围和特点.     

V型三能级原子玻色-爱因斯坦凝聚体与双模压缩光场相互作用系统中光场的量子相关性质

研究了V型三能级原子的玻色-爱因斯坦凝聚体(BEC)与双模压缩态光场相互作用系统中光场的量子相关特性。结果表明：双模压缩态光场在与原子玻色-爱因斯坦相互作用过程中，其量子相关性质保持不变，完全决定于初始光场。     

多个量子节点确定性纠缠的建立

量子纠缠是一种重要的量子资源,在多个空间分离的量子存储器间建立确定性的量子纠缠,然后在用户控制的时刻将所存储的量子纠缠转移到量子信道中进行信息的分发和传送,这对于实现量子信息网络是至关重要的.本文介绍了用光学参量放大器制备与铷原子D1吸收线对应的非经典光场,而且在三个空间分离的原子系综中确定性量子纠缠的产生、存储和转移.利用电磁感应透明光和原子相互作用的原理,将制备的多组分光场纠缠态模式映射到三个远距离的原子系综以建立原子自旋波之间的纠缠.然后,存储在原子系综中的纠缠态通过三个量子通道,纠缠态的量子噪声被转移到三束空间分离的正交纠缠光场.三束释放的光场间纠缠的存在验证了该系统具有保持多组分纠缠的能力.这个方案实现了三个量子节点间的纠缠,并且可以直接扩展到具有更多节点的量子网络,为未来实现大型量子网络通信奠定了基础.     

具有纠缠序参量的玻色-爱因斯坦凝聚体

对最近提出的具有纠缠序参量的玻色-爱因斯坦凝聚体作通俗简要的介绍．在这个凝聚体中，不同种原子间形成自旋纠缠的原子对，而系统就在这个纠缠对上发生玻色-爱因斯坦凝聚.     

超冷原子系综的非高斯纠缠态与精密测量

量子精密测量是基于量子力学的基本原理对特定物理量实施测量,并利用量子效应提高测量精度的交叉科学.随着超冷原子实验技术的发展,超冷原子为量子精密测量提供了一个优异的研究平台.利用发展成熟的量子调控技术,人们可以基于超冷原子系综制备一些新奇的非高斯多粒子纠缠态.基于多体量子干涉,利用这些非高斯纠缠态作为输入,可以实现超越标准量子极限的高精度测量.本文简要综述这一研究领域的进展.     

S=1旋量Bose-Einstein凝聚中制备双模最大纠缠态方案

在旋量Bose-Einstein凝聚体(BEC)中引入量子Zeno子空间,将系统由3个自由度简化到2个自由度,给出了在S=1的反铁磁旋量BEC中制备双模最大纠缠态的方案.通过计算未简化系统中粒子数随时间的演化,证明了引入量子Zeno子空间简化系统的准确性.     

远程制备双原子纠缠态

提出一种远程制备双原子纠缠态的方案,该方案基于两个原子与单模腔场的同时非共振相互作用.由于双粒子纠缠态比三粒子纠缠态容易制备,方案用两对双原子纠缠态作为量子通道.Alice 拥有的两个相同原子同时与一单模腔场非共振相互作用.Alice已知她要制备的纠缠态,她选择适当的相互作用时间、测量她所拥有的两个原子并通过经典通道通知Bob.Bob引入一个相同的辅助原子和一个单模腔场来实现方案.方案对腔场状态和腔损耗不敏感,基于当前的腔QED 技术,方案能在实验上实现.该方案有望在量子信息过程中有重要的应用价值.     

通过纠缠交换实现N粒子任意态的概率传态

量子隐形传态的杰出安全特性使其在未来的通讯领域充满潜力.量子力学的不确定性原理和不可克隆定理禁止对量子态进行直接复制,因此,量子隐形传态将量子态划分为经典和量子两部分,信息分别经由经典和量子通道从发送者Alice传递给远方的接收者Bob,根据这两种信息,Bob实行相应操作就可以以一定的几率重建初始传送态.利用一般意义的隐形传态方案,提出一种简便的新方法实现了一个N粒子任意态的概率传态.方法采用N个非最大纠缠的三粒子GHZ态作为量子通道,避免了引入额外的辅助粒子.为了实现传态,Alice将所有粒子分成N份,对第i份的粒子对(i,x_i)实行Bell测量并将结果通过经典通道通知Bob,Bob对粒子(y_i,z_i)进行相应的操作就可以完成第i个粒子信息的传送.当完成N次相似的重复操作后,Bob就可以准确地重建初始传送态.文中以Bell态测量为基本手段,重复的操作同时也降低了实验难度,作为一个特例,文中给出了一个两粒子任意态的传态方案.     

Self-error-rejecting multipartite entanglement purification for electron systems assisted by quantum-dot spins in optical microcavities

We present a self-error-rejecting multipartite entanglement purification protocol (MEPP) for N-electron-spin entangled states, resorting to the single-side cavity-spin-coupling system. Our MEPP has a high efficiency containing two steps. One is to obtain high-fidelity N-electron-spin entangled systems with error-heralded parity-check devices (PCDs) in the same parity-mode outcome of three electron-spin pairs, as well as M-electron-spin entangled subsystems (2≤M <N) in the different parity-mode outcomes of those. The other is to regain the N-electron-spin entangled systems from M-electron-spin entangled states utilizing entanglement link. Moreover, the quantum circuits of PCDs make our MEPP works faithfully, due to the practical photon-scattering deviations from the finite side leakage of the microcavity, and the limited coupling between a quantum dot and a cavity mode, converted into a failed detection in a heralded way.     

Strategies for Positive Partial Transpose (PPT) States in Quantum Metrologies with Noise

Quantum metrology overcomes standard precision limits and has the potential to play a key role in quantum sensing. Quantum mechanics, through the Heisenberg uncertainty principle, imposes limits on the precision of measurements. Conventional bounds to the measurement precision such as the shot noise limit are not as fundamental as the Heisenberg limits, and can be beaten with quantum strategies that employ ‘quantum tricks’ such as squeezing and entanglement. Bipartite entangled quantum states with a positive partial transpose (PPT), i.e., PPT entangled states, are usually considered to be too weakly entangled for applications. Since no pure entanglement can be distilled from them, they are also called bound entangled states. We provide strategies, using which multipartite quantum states that have a positive partial transpose with respect to all bi-partitions of the particles can still outperform separable states in linear interferometers.     

连续变量无条件纠缠交换 --纠缠态的量子离物传送

利用自行设计的两台非简并光学参量放大器，获得了一对具有经典相干性且量子起伏相互独立的连续变量纠缠态光场，并用它完成了连续变量的无条件纠缠交换，即纠缠态的量子离物传送．通过联合贝尔态探测与纠缠塌缩，使两个初始不纠缠而又从未发生过直接相互作用的光场产生了量子纠缠，其正交振幅和位相分量的量子起伏关联方差被直接测量，其测量值分别低于散离噪声极限1．23dB和1．12dB．理论计算与实验结果基本符合．     

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.     

共同环境中三原子间纠缠演化特性研究

研究了三个二能级原子与共同热库发生相互作用的系统纠缠动力学演化. 采用三体负本征值来描述系统间纠缠, 通过数值计算分析了初始状态和原子间偶极-偶极相互作用对系统间纠缠演化的影响. 结果表明, 初始状态的原子相位可以控制量子干涉现象; 长时间演化下原子的激发态布居出现俘获现象; 通过调节偶极-偶极相互作用强度, 可以提升三原子间纠缠.     

基于腔QED的多用户间的多原子量子信道的建立

提出基于腔QED技术的多用户间的多原子W态和GHZ态量子信道的建立方案.在量子网络的空闲时段,各个用户和量子交换机共享EPR对.量子交换机通过原子和腔场的相互作用将两个EPR对制备成W态,再与另一个EPR对进行纠缠交换,经过直接测量后为用户建立三原子W态量子信道;同时讨论了四用户间的W态量子信道的建立方案.量子交换机对三个EPR对进行纠缠交换,将三个原子同时与腔场作用,经过直接测量后为用户建立三原子GHZ态量子信道;并将此方法推广到N个用户间的GHZ态量子信道的建立. 关键词： 腔QED 量子信道 量子交换机 纠缠交换     

Robust general N user authentication scheme in a centralized quantum communication network via generalized GHZ states

Quantum communication provides an enormous advantage over its classical counterpart: security of communications based on the very principles of quantum mechanics. Researchers have proposed several approaches for user identity authentication via entanglement. Unfortunately, these protocols fail because an attacker can capture some of the particles in a transmitted sequence and send what is left to the receiver through a quantum channel. Subsequently, the attacker can restore some of the confidential messages, giving rise to the possibility of information leakage. Here we present a new robust General Nuser authentication protocol based on N-particle Greenberger–Horne–Zeilinger (GHZ) states, which makes eavesdropping detection more effective and secure, as compared to some current authentication protocols. The security analysis of our protocol for various kinds of attacks verifies that it is unconditionally secure, and that an attacker will not obtain any information about the transmitted key. Moreover, as the number of transferred key bits N becomes larger, while the number of users for transmitting the information is increased, the probability of effectively obtaining the transmitted authentication keys is reduced to zero.     

两二能级原子在共同环境下的量子关联动力学

通过精确求解带有偶极-偶极相互作用的两个二能级原子与一个共同热库相互作用模型, 得到了两原子间量子纠缠和量子失谐(quantum discord)的解析表达式. 综合考虑了环境的非马尔可夫效应、原子间的偶极-偶极相互作用以及原子的本征频率同腔模中心频率之间的失谐量对两原子间量子纠缠和quantum discord的影响. 研究显示: 在非马尔可夫机制下, 且原子的本征频率与腔模中心频率是共振时, 当两原子初态处于纠缠态时, 原子间偶极-偶极相互作用可以显著抑制包括量子纠缠和quantum discord等量子关联的衰减, 更特别的是, 如果原子的本征频率同腔模中心频率有一定的失谐时, 利用原子间偶极-偶极相互作用可大大地延长两原子退纠缠的时间; 当两原子初态处于可分离态时, 从短时间来看, 原子间偶极-偶极相互作用可以提高量子纠缠和quantum discord振荡的振幅,而在长时间极限下, 原子间偶极-偶极相互作用不会改变量子纠缠和quantum discord达到的稳定值. 最后, 讨论了原子间偶极-偶极相互作用对量子纠缠和quantum discord动力学不同的影响. 关键词： 量子纠缠 量子失谐 共同环境 偶极-偶极相互作用     

多模简并多光子Tavis-Cummings模型中的量子纠缠特性

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.