相干反馈控制实现两组份纠缠态光场纠缠增强

两组份纠缠态光场是量子信息和量子计算的基本资源,随着研究的深入发展,为了完成更高效的量子信息处理,必须首先获得高纠缠度的两组份纠缠态光场。而通过操控实现纠缠光场纠缠度增加是目前提高纠缠光场质量的一个行之有效的办法。相干反馈控制由于不会带入额外噪声至光学参量系统的特点已经被实验证明可以用于压缩态光场压缩度的增强。理论计算增加了相干反馈系统的非简并光学参量放大器输出的两组份纠缠态光场的量子关联噪声与各系统参数的关系,并详细分析了各参数对相干反馈纠缠增强的影响,为进一步获得更高纠缠度的两组份纠缠态光场提供参考。     

具有经典相干性的两组EPR纠缠态光场的实验产生

纠缠交换，即纠缠态的量子离物传送，是实现远程量子通讯及量子信息网络的必要手段之一 . 要完成纠缠交换实验，首先必须具有两组相互独立的纠缠源. 对于连续变量系统，两独立 的纠缠源为具有经典相干但量子起伏互不关联的两组EPR纠缠态光场. 利用自行研制的瓦级 连续双波长输出Nd³⁺: YAP/KTP稳频激光器为抽运源，抽运两台结 构完全相同的非简 并光学参量放大器，获得了具有经典相干性的两组独立的EPR纠缠光束. 讨论了两组具有经 典相干性的EPR光束产生的实验方法，及不完善模匹配效率对关联测量的影响. 关键词： EPR纠缠态光场 经典相干 非简并光学参量放大器     

两腔级联纠缠增强的理论分析

高纠缠度的纠缠源是实现高保真度量子信息传输与处理的保障,因为受到光学元器件自身性能不完美的限制,通过有效的操控手段来提高光场的纠缠度是十分必要的.连续变量Einstein-Podolsky-Rosen纠缠态光场可以利用工作在阈值以下的非简并光学参量放大器来获得.将两个非简并光学参量放大器级联,可以利用第二个光学腔来操控第一个光学腔输出的纠缠态光场,在一定条件下实现光场的纠缠增强.本文通过理论分析设计出两种光学腔级联的实验系统,其中,纠缠产生装置采用具有三共振结构的半整块驻波腔,输出到目前为止世界上单腔获得两组份纠缠态光场纠缠度的最高值,操控光学腔采用驻波腔或四镜环形腔的结构.详细对比分析了不同结构的操控腔对纠缠增强效果的影响,得出利用不同腔形作为操控腔的最佳实验方案.同时分析了级联腔输出光场的纠缠度随不同物理参量的变化关系,得出进一步优化的最佳实验系统参量,为实验获得更高纠缠度的纠缠态光场提供了依据.     

连续变量受控密集编码量子通讯与无条件纠缠交换的实验实现

利用运转于参量反放大状态的非简并光学参量放大器(NOPA)所产生双组份EPR纠缠态光场,经分束器线性光学变换,我们获得了完全的三组份不可分态.所产生的三个空间分离的光学模具有三模正交振幅与相对正交位相量子关联特性.将三个纠缠光学模分别分配到发送站(Alice)、接收站(Bob)与控制站(Claire),我们完成了连续变量受控密集编码(controlled dense coding)量子通讯,Alice和Bob之间通讯的信道容量受控于Claire.     

非简并四波混频体系中双模光场的纠缠特性

利用非简并四波混频体系制备出稳定的连续变量的纠缠态，研究了纠缠随时间的演化情况.同时，得到双模光场的特征函数.经分析可知，在强抽运光的作用下此体系相当于一个光学参量放大器；在满足一定的条件下，能够制备出稳定的连续变量的量子纠缠态，并且纠缠的程度与双光子抽运光强度、合作参量及失谐频率有关. 关键词： 连续变量 三能级 高斯态 参量放大器     

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。     

三组份纠缠与可控连续变量量子密集编码

我们从量子理论出发,提出了利用分束器与非简并光学参量放大器产生三组份量子纠缠态光场[1,2]并用以执行可控连续变量量子密集编码的新方案.在三个组份非局域纠缠的基础上,发送站(Alice)与接收站(Bob)之间的通讯受控于另一指挥部(Claire).实验方案采用明亮的GHZ三组份纠缠光束为信息载体,使用Bell态直接探测方式提取信息,不需要本底振荡光,从而简化了实验系统.所设计的系统可用于量子保密通讯和量子网络.     

连续变量1.34 μm量子纠缠态光场的实验制备

设计研制了连续单频671 nm/1342 nm双波长激光器,并通过模式清洁器降低了激光器额外噪声.利用该低噪声连续单频激光器抽运由Ⅱ类准相位匹配晶体构成的双共振非简并光学参量放大器,实验制备出纠缠度达3 dB的光通信波段1.34μm连续变量量子纠缠态光场.该波段量子纠缠态光场在光纤中传输损耗低且相散效应小,与现有的光纤通信系统相兼容,可用于实现基于光纤的实用化连续变量量子通信.     

连续变量四组份纠缠态光场的产生

以一对工作在参量反放大状态的非简并光学参量放大器同时产生的两个正交振幅压缩相干态与两个正交位相压缩真空态光场为基础，经过不同位相关系的线性光学变换，可获得四组份纠缠态光场。我们将介绍实验原理和初步试验结果。     

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     

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.     

四组份不同频率连续变量纠缠态光场的产生

量子纠缠态是开展量子信息工作的核心资源。提出在一块光学超晶格中通过有注入信号的非简并光学参量振荡级联一个和频过程,可以产生不同频率的四组份连续变量纠缠态光场的可行实验方案。首先泵浦光和注入信号光通过差频过程产生闲置光。然后泵浦光和闲置光在同一块光学超晶格中通过级联和频过程产生和频光。根据多组份连续变量纠缠的判定方法,从理论上证明泵浦光、信号光、闲置光与和频光场之间的量子纠缠特性。四组份纠缠特性随泵浦功率的增大而减弱,另外选取较大的注入信号功率、级联非线性过程的耦合参数和泵浦光衰减常数可以得到较好的四组份纠缠光场。该实验方案只用到一块光学超晶格就可以产生四色连续变量纠缠态光场,实验装置简单。     

明亮EPR光束的量子纠缠交换

文中提出一个实现明亮光场量子纠缠交换的理论方案，两个独立的非简并光学参量放大器产生两组经典相干的明亮EPR光束对，通过在每一组EPR光束对的一半上执行联合贝尔态测量，使未产生相互作用的另一半之间产生量子纠缠，在我们的系统中由于采用贝尔态直接探测替代通常的平衡零差探测，不需要本底振荡光，减小了实验难度并能提高探测效率。     

非简并光学参量放大器线宽对纠缠增强的影响

非简并光学参量放大器可以有效地增强其注入纠缠态光场的纠缠度。但是由于光学参量放大器具有一定的线宽,所以不可能实现整个频率范围内的纠缠增强。为此,在本文中我们分析了光学参量放大器线宽对纠缠增强效率的影响,为今后开展宽频纠缠增强提供参考。     

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。     

具有经典相干性的两组EPR纠缠态光场的实验产生

纠缠交换(Entanglement Swapping),即纠缠态的量子离物传送,是实现远程量子通讯及量子信息网络的必要手段之一.为了完成纠缠交换实验,必须有两组相互独立的纠缠态.对于连续变量系统,应该获得两组具有经典相干性的EPR纠缠态光场.我们利用自行研制的瓦级连续双波长输出Nd3+: YAP/KTP稳频激光器为泵浦源,泵浦两台结构完全相同的非简并光学参量放大器(NOPA),获得了具有经典相干性的两组独立的EPR纠缠光束.本文将分析两组EPR光束的经典相干性,并讨论不完善匹配效率对关联测量的影响.     

光纤通信波段强度差压缩态光场的实验制备

强度差压缩态光场是指两束光场的强度差起伏低于对应量子噪声极限的非经典光场,由于其两束子模具有较强的强度关联而被用于量子成像、量子随机数产生技术中,此外,又由于其光场强度远高于压缩态光场、纠缠态光场等非经典光场而被广泛用于量子高灵敏测量中。本文利用运转于阈值以上的非简并光学参量振荡器制备了1.3μm强度差压缩态光场,它作为一种双色关联光场可以为制备多色纠缠态光场以及开展量子计算奠定基础。     

小型全固化非经典光场产生系统的实验研究

利用激光二极管（LD）抽运的内腔倍频YVO4／KTP激光器发出的0.53μm的激光,经由α－切割的KTP晶体构建的半整块非简并边疆光学参量振荡腔（CW NOPO）内参量下转换,获得了强度量子相关非经典光场,其强度差噪声低于标准量子极限3.2dB,抽运阈值低于10mW。     

连续变量六组份和八组份星型Cluster纠缠态光场产生系统

Cluster纠缠态是执行单向量子计算的基本资源。星型Cluster态可用于构建量子信息网络。以非简并光学参变放大器产生的双模压缩态光场为基础,设计了产生连续变量六组份和八组份星型Cluster纠缠态光场的实验方案,并推导了相应的量子不可分判据。计算结果指出,当量子不可分判据中的增益因子取为1时,需要一定的初始压缩度才能制备星型Cluster纠缠态;但当选取最佳增益因子时,极低的压缩也能产生星型纠缠。计算为实验系统设计提供了直接参考。     

利用PPKTP晶体半整块光学参量放大器产生1.5μm光通信波段明亮正交振幅压缩光

利用周期极化磷酸氧钛钾(PPKTP)晶体构成的半整块结构简并光学参量放大器获得了连续变量1.5μm光通信波段的明亮正交振幅压缩态光场。光学参量放大器工作于阈值以下反放大状态,阈值功率为220 mW。当780nm抽运光场功率为110 mW,1.5μm注入信号光场功率为115 mW时,下转换光场输出功率为80μW,实测的连续变量1.5μm明亮正交振幅压缩态光场的压缩度达3.0dB。