一种双模压缩微波制备的相位锁定方案

相位锁定是双模压缩微波制备的关键问题之一.针对基于超导180°混合环的制备方案相位稳定度不高且信息处理复杂等问题,提出一种相位锁定方案.对约瑟夫森参量放大器的信号输入进行相位调制,输出的单模压缩微波与另一未调制的同频单模压缩微波在超导180°混合环内干涉,实现双模压缩微波的制备与路径分离.将未调制的单模压缩微波与一路双模压缩微波混频,解调出相位调制信号可得到两路单模压缩微波的相对相位及误差,将相位误差反馈于约瑟夫森参量放大器的抽运实现相对相位的锁定,获得稳定的双模压缩输出.本研究对高性能纠缠微波源的设计提供了理论参考.     

腔光力系统制备微波非经典态研究进展

腔光力系统作为一种新型的混合量子系统,因其超强耦合度、低温超导条件下极低的噪声、较长的相干时间等优势而成为被广受关注的量子实验平台.本文简要介绍腔光力学及腔光力系统基本原理,对常见腔光力系统进行分类,详细介绍利用广义腔光力系统进行微波非经典量子态制备的相关进展,对其性能优势和待解决问题进行分析,最后总结相关应用场景并对未来的潜在应用领域进行了展望.     

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.     

基于少模光纤单模工作的量子-经典信号同传

考虑到少模光纤单模工作时具有低非线性以及损耗、色散保持特性,提出基于少模光纤单模工作的量子-经典信号同传方案.使用Optisystem构建了基于少模光纤单模工作的量子-经典信号同传模型,分析了其传输性能,并与现有的基于单模光纤的量子-经典信号同传模型进行了对比.结果表明所提模型可以有效降低现有模型中的非线性效应和信号串扰,将误比特率降低了两个数量级,显著提高了信号的传输质量,可用于量子保密通信大规模网络化.     

基于湍流球泡折射的空间量子密钥分发性能分析

为了研究大气湍流对自由空间量子密钥分发的性能影响,将大气湍流建模为空间中随机分布的空气球泡,利用几何光学原理分析单光子在湍流球泡中的传播,定量计算了经过两次折射后由于偏振态变化造成的光子透射率比值k和误码率Ep的起伏,利用蒙特卡洛方法模拟了湍流折射率随机变化时二者的趋势;最后推导了经过湍流折射后的诱骗态空间量子密钥分发成码率公式并通过分析误码来源得到满足成码率需要的k值上限,建立偏振误码率与入射角和湍流折射率的关系并得到Ep的安全阈值.仿真结果表明当入射角在44.8°~76.5°,湍流折射率在1~1.33范围内可以满足误码率的上限约束.该研究为湍流条件下进行空间量子通信实验提供了理论参考.     

基于腔电光力系统增强罗兰C台间同步精度问题研究

罗兰C系统受到原子钟工艺和无线电信号测量精度限制,难以实现台站间高精度时间同步。基于量子纠缠微波信号和腔电光力系统,通过将微波量子信号转换到光频域进行符合探测,可以得到更精准的罗兰C主副台的同步时差信息。经过理论分析和仿真,得出腔中微波和光转换的条件,以及腔内耗散对保真度的影响。通过控制腔的驱动场参数可实现最优相位灵敏度检测,精度水平能达到皮秒量级。相较于原有同步方式,无需使用昂贵原子时钟,无需测量脉冲到达时间,即能有效提高时间同步精度。     

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.     

微波连续变量极化纠缠

极化微波作为当前被广泛应用的信息载体,具有许多独特的优势.随着超导技术的发展,量子微波技术逐渐兴起,将量子纠缠应用于极化微波将具有广阔的应用前景.本文阐述了连续变量极化纠缠的原理,提出了极化纠缠微波方案并进行了仿真分析,利用归一化的不可分度I作为判据,分析了在整个约瑟夫森混合器100 MHz工作带宽内斯托克斯参量的不可分度I(S_1,S_2),I(S_2,S_3),并进一步分析了I分别与压缩度r、振幅比值Q的关系,发现I(S_1,S_2),I(S_2,S_3)分别对振幅比值Q、压缩度r的变化敏感,且在本文研究的条件下I(S_1,S_2)始终大于1,I(S_2,S_3)始终小于1,斯托克斯参量S_2,S_3构成不可分态,方案产生的两个微波信号E_a和E_b存在二组分极化纠缠,最佳纠缠出现在70 MHz附近,此时I(S_2,S_3)取得最小值0.25.