级联四波混频系统中纠缠增强的量子操控

各类系统中的纠缠操控是量子信息科学的重要问题之一.本文研究了热原子蒸气的级联四波混频过程中产生的纠缠增强及纠缠增强的相位敏感特性.研究表明,该级联四波混频过程第二级输出的探针光和共轭光的量子纠缠较第一级明显增强,最大可达5 dB以上,且随着强度因子的增大可实现完美纠缠.文中还详细讨论了量子关联类型及纠缠大小与抽运光相位、非线性强度因子之间的变化关系,结果显示,由于纠缠增强及纠缠类型对抽运光相位的敏感性,通过控制相位和强度因子可改变光场噪声特性从而实现对探针光和耦合光之间纠缠增强、纠缠度大小、纠缠类型的量子操控.该理论研究对实验实现纠缠增强及双模压缩态压缩角、压缩度的光学参量操控具有重要的指导意义.     

基于四波混频过程的纠缠光放大

双模纠缠态是量子信息领域一种重要的量子资源,本文基于四波混频过程从理论上提出了对双模纠缠态的单个模式(单模放大方案)和对双模纠缠态的两个模式(双模放大方案)的放大.利用光学分束器模型来模拟在光学传输过程中损耗引入的真空场噪声,利用部分转置正定判据分析了两种不同的放大方案中四波混频过程的增益对初始双模纠缠态的纠缠程度的影响.结果表明,在特定的损耗情况下,两个方案中初始双模纠缠态的纠缠度都随增益的增大而减小,直至消失,且双模放大方案中初始双模纠缠态纠缠消失得比单模放大方案中更快.本文的理论结果为实验上实现基于四波混频过程的双模纠缠态的放大奠定了理论基础.     

双模压缩真空态与原子相互作用中的量子纠缠和退相干

考虑双模压缩真空态光场与环境(原子)通过双光子过程发生相互作用,分别用量子约化熵和量子相对熵研究了在此作用过程中双模光场和原子间的纠缠以及双模光场的模间纠缠 关键词： 双模压缩真空态 量子纠缠 量子约化熵 量子相对熵     

基于四波混频效应实现弱光对强光信噪比优化的研究

我们理论上研究了基于热铷原子系综中的四波混频效应实现信噪比优化的系统。我们分析了非相敏放大器与相敏放大器中信号光信噪比的变化情况。在非相敏放大器中,信号光为相干态注入,闲置光为真空态注入,此时信号光在被放大的同时,信噪比降低,其噪声系数大于1。在相敏放大器中,信号光和闲置光均为相干态注入,此时在特定的条件下,信号光在被放大的同时信噪比得到提高,其噪声系数小于1。在注入光束间的相对相位=2 kπ(k为整数)时,信号光的有效增益最大且噪声系数最小。在这样的相对相位下,只要注入闲置光光强高于注入信号光光强的17.2%时,信号光就能够在被放大的同时信噪比得到提高。特别地,当注入闲置光光强同时低于注入信号光光强时,就实现了弱光对强光信噪比的优化作用。     

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.     

连续变量量子离物传态的实验研究

利用单个Ⅱ类相位匹配OPA产生的双模压缩态实现连续变量压缩纠缠态，完成了连续变量量 子离物传态. Ⅱ类相位匹配OPA参量反放大过程可以实现正交振幅反关联、正交位相关联的 压缩纠缠态，这不同于一般运转于阈值以下的OPO产生的正交振幅关联、正交位相反关联的 压缩纠缠态，可以采用直接平衡测量的方法完成Bell态测量. 利用双KTP补偿非线性过程的 离散效应，获得了最大压缩大于2dB的双模压缩纠缠态，实现保真度06，考虑到探测效率 实际保真度为057. 这种方案简化了测量方法与纠缠光源产生装置，有利于进行量子通信 的实验研究与应用. 同时，讨论了探测过程中的一些非理想因素. 关键词： 量子离物传态 压缩纠缠态 Bell态测量     

基于级联四波混频系统实现信噪比优化的理论研究

理论研究了基于级联四波混频系统的信噪比(SNR)优化。级联四波混频过程包括相敏和非相敏级联两种方式,其中非相敏级联系统的探测光强度始终被放大,同时SNR始终被降低;而相敏级联系统的探测光强度可以被放大或减小,这取决于两个铷池内光场的总相位调控。在相同增益条件下,相敏级联四波混频系统的有效增益比非相敏级联系统的高。另外,当两个铷池内光场的总相位等于0或者2π时,相敏级联四波混频系统中探测光的强度可以呈最大倍数放大,且SNR也被提高到最大。     

基于四波混频过程产生介于锥形探针光和锥形共轭光之间的多模量子关联

多模量子关联与纠缠在基础科学研究以及量子信息处理、量子通信等领域有着重要作用.本文基于热铷原子系综中的四波混频过程,通过构建具有空间结构的锥形泵浦光和锥形探针光,在实验上产生具有量子关联的锥形探针光和锥形共轭光,并测量到量子关联光束之间的强度差压缩约–2.6dB.通过改变单光子失谐、双光子失谐、泵浦光功率和铷原子池温度等实验参数,研究量子关联光束之间的强度差噪声随实验参数的变化关系.除此之外,通过“整体衰减法”和“局部切割法”对量子关联光束进行不同方式的处理,不仅实验测量了量子关联随透射率的变化关系,而且深入研究了量子关联的多模特性.本文的实验结果在量子信息处理以及量子通信领域有着潜在的应用价值.     

双模压缩态量子相干性演化的实验研究

量子相干性作为量子力学一个最显著的特征,被认为是量子信息过程中很重要的一种量子资源.单模压缩态和双模压缩态(Einstein-Podolsky-Rosen纠缠态)均具有量子相干性,在制备和传输过程中的量子相干性对于实际应用具有重要意义.利用平衡零拍探测重构量子态的协方差矩阵,本文定量分析了量子态制备过程中的不完美以及信道传输损耗对单模和双模压缩态量子相干性的影响.实验证明量子态的压缩和纠缠特性及量子相干性对损耗均是鲁棒的.特别地,压缩和纠缠特性会随着量子态制备过程中热光子数的增大而减小,直至消失,而当压缩和纠缠均已消失时,量子相干性依然存在.实验结果为压缩态、纠缠态光场的量子相干性作为量子资源在量子信息过程中的应用提供了参考.     

相干反馈增强型量子混合干涉仪

本文在理论上提出了一种由非线性分束器和线性合束器构成的量子混合干涉仪，其中非线性分束器是由非线性参量过程结合量子压缩源的线性相干反馈构成，用于提高量子混合干涉仪相位灵敏度。具体而言，光学参量放大输出的光束与量子压缩源线性反馈至输入端，获得一对纠缠度可控的双模压缩光束，结合线性合束器，构建反馈型量子混合干涉仪。结果表明，相比于无反馈量子混合干涉仪，本方案通过调节反馈强度至合适区间，可以在增加相敏光子数实现干涉信号强度提高的同时，增强两干涉臂之间纠缠度进而减小干涉噪声。此外，将压缩真空态作为反馈环结构的输入态，能够进一步降低探测信号的噪声。因此，本方案从以上三个方面有效地提升混合干涉仪的测量灵敏度，甚至在有损的情况下，相比于无反馈情形，该反馈型量子混合干涉仪仍具有更好的相位灵敏度，表现出更好的抗损能力，有望应用在量子精密测量领域。     

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.     

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     

基于双模压缩信道的双模高斯态量子隐形传态

研究了双模高斯态的两个模经由两个双模压缩量子信道的隐形传态.结果表明，当输入态有纠缠时，若要输出态的纠缠不为零，量子信道的纠缠必须大于一确定值，其大小在输入态为纯态时依赖于输入态的纠缠度；在输入态为混合态时不仅与输入态的纠缠有关，还依赖于输入态的整体纯度. 关键词： 量子隐形传态 量子纠缠 双模高斯态     

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     

原子与双模相干强场依赖强度耦合多光子过程中纠缠量度与制备

给出了依赖强度耦合双模多光子过程Jaynes-Cummings模型的有效哈密顿量.在强场条件下,分别用量子约化熵和量子相对熵研究了上述模型中原子与场之间的纠缠以及双模相干场的模间纠缠演化.研究表明,这两类纠缠演化均与原子跃迁时吸收(或发射)的光子数k密切相关.同时,还揭示了双光子过程(k=1)和多光子过程(k≥2)中不同的纠缠特性.讨论了纠缠态的制备,制备了与时间无关的原子-场的Einstein-Podolsky-Rosen态和双模相干场的模间纠缠态.     

Kerr介质中双模纠缠相干光与Bell态原子相互作用系统的原子偶极压缩

运用全量子理论并结合数值计算方法，研究了Kerr介质腔中处于Bell态的两个全同二能级纠缠原子与双模纠缠相干光场相互作用系统的原子偶极压缩特性.讨论了双原子体系的初态、光场的平均光子数、双模纠缠相干光场的纠缠程度以及Kerr介质与双模光场的耦合强度对原子偶极压缩特性的影响.结果表明：双原子体系的初态为|β₁₁>时，不会出现偶极压缩效应；初态为|β₀₀>，|β₀₁>或|β₁₀>时在一定条件下可能出现原子压缩效应，且此时原子压缩的特性与Kerr介质与双模光场的耦合强度、初始光场的平均光子数、双模纠缠相干光场的纠缠程度有关. 关键词： 量子光学 Bell态 双模纠缠相干光场 Kerr介质     

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     

利用微扰法分析两个相互耦合的参量四波混频过程

利用微扰法在旋转波近似下分析了铷原子中两个独立的参量四波混频过程和一个耦合的参量四波混频过程.当用超短激光脉冲相干激发这两个参量四波混频过程时,两个过程就会同时出现并且存在相互耦合作用.微扰分析表明,耦合的参量四波混频信号中可以观察到量子拍,量子拍幅度的大小不仅取决于超短脉冲的特性,而且依赖于两个耦合的参量四波混频过程中的相位匹配.     

双模相干光场与原子依赖强度耦合双光子过程的纠缠演化

分别应用量子约化熵和量子相对熵研究了双模相干光场与原子依赖强度耦合双光子过程中原子与光场之间及光场的双模之间纠缠演化.结果表明,通过选择系统初态参数、控制原子与光场的作用时间,可以调控原子与光场间的纠缠和光场的模间纠缠.可增加或减弱双模相干光场间纠缠,但无法使双模相干光场完全退纠缠.强场条件下,可周期性获得光场与原子的EPR态和可分离态.     

基于增强拉曼散射的光子-原子双模压缩态的实现

拉曼散射过程中利用原子系综中初始制备的自旋激发(原子相干性),以及注入与原子系综中初始制备的自旋激发相关联的种子光场都可以极大的提高光场频率转换的效率,实现增强拉曼散射.本文理论上计算了增强拉曼散射过程中原子-光场量子界面的正交分量的量子起伏,得到了相干性导致的增强拉曼散射,只能在一定的范围内稍微提高初始光子-原子的压缩度;而关联增强拉曼散射,能够制备很强的光子-原子间的双模压缩.这样强压缩度的光子-原子量子界面,对于利用光场和原子系统实现量子精密测量研究有着非常重要的应用.