频率非简并第I类自发参量下转换纠缠光子对量子特性

理论研究了频率非简并第I类自发参量下转换过程中产生的纠缠光子对的量子特性,且与频率简并的情况做了对比.通过纠缠光子对的联合谱强度分析了纠缠光子对的光谱特性及纠缠特性;通过洪-区-曼德尔干涉仪和马赫-曾德尔干涉仪分析了纠缠光子对的量子干涉特性.结果表明:脉冲泵浦作用下,由于频率非兼并使得相位匹配函数不对称,导致两纠缠光子可区分,量子干涉可见度减小.随着泵浦脉冲频宽的增加,这种效应更加明显.连续激光泵浦时,相位匹配函数是对称的,得到最大的纠缠度和量子干涉可见度.该研究为频率非简并纠缠光子源在各种量子信息方案中的应用提供理论指导.     

海洋湍流对光子轨道角动量量子通信的影响

本文研究了基于光子轨道角动量的量子通信在水下量子信道中受海洋湍流运动的影响.基于Elamassie等提出的海洋湍流功率谱模型,本文建立了不同海洋湍流参数与光子轨道角动量量子通信的单光子探测概率、信道容量、密钥产生率以及双光子共生纠缠度的定量关系,并利用纠缠光子对的共生纠缠度在海洋湍流中的普适衰减特性进一步研究了轨道角动量纠缠光子对在海洋湍流中的最大纠缠距离.研究结果表明:水下量子通信性能和纠缠光子对的共生纠缠度都随海洋湍流的湍流动能耗散率的增大或温度方差耗散率的减小而降低;温度和盐度因素对海洋湍流贡献的比值对水下量子通信的影响在海水是否稳定分层的条件下具有显著的区别;在通过海洋湍流进行量子通信时,增加信号光子的初始轨道角动量量子数可以提高量子密钥分发的密钥产生率和纠缠光子的纠缠衰减抵抗性.     

六光子超纠缠态制备方案

自发参量下转换对应于一种非线性光学过程, 实验上作为一种标准方法, 人们利用自发参量下转换源产生纠缠光子对. 本文考虑由自发参量下转换源产生三对纠缠光子的情况. 通过使用由几组偏振光 束分束器、分束器和半波片等线性光学器件组成的量子线路演化三对光子, 给出了一个高效制备 包含偏振纠缠和空间纠缠的六光子超纠缠态方案. 因为方案中包含了参量下转换源产生三对纠缠光子 的所有可能情况, 所以本方案有很高的效率. 基于弱非线性介质构建了一个量子非破坏性测量装置, 用于区分光子在两指定的空间模中的两种分布情况. 特别地, 方案中可以通过合理约束在量子非破坏性测量过程中引入的非线性强度来达到实际实验所限定的数量级, 因此, 该方案易于在实验上实现.     

电子自旋辅助实现光子偏振态的量子纠缠浓缩

量子纠缠浓缩可以将非最大的纠缠态转变为最大纠缠态,提高量子通信的安全性.本文基于圆偏振光和量子点-腔系统的相互作用,用一个单光子作为连接远距离纠缠光子对的桥梁,在理想条件下实现了光子偏振纠缠态的浓缩.计算结果显示,这个纠缠浓缩方案在考虑耦合强度和腔泄漏的情况下也可以保持较高的保真度,而且不需要知道部分纠缠态的初始信息,也不必重复执行纠缠浓缩过程.这不仅提高了量子纠缠浓缩的安全性,也有助于通过消耗最少的量子资源来实现高效的量子信息处理.     

一种基于纠缠态的量子中继通信系统

提出了一种基于纠缠态的量子中继通信系统,该系统应用纠缠为基本资源.纠缠为量子隐形传态和绝对安全的量子通信提供了保证.量子中继器用来延长高纠缠度的纠缠光子对的纠缠距离,利用纠缠交换和纠缠纯化在系统的发信者与受信者之间建立光子对的纠缠.应用量子隐形传态的原理传输量子信息.系统分析表明,量子通信系统的吞吐率随着通信双方成功建立纠缠的概率增大而显著增加,量子信号的传输距离取决于量子中继节点的级数.     

纠缠相干态的纠缠浓缩

利用线性光学元器件对光场量子态进行操纵,可以实现远程的量子纠缠调控和量子通讯.通过分析光学分束器对相干态光场的作用,发现当初始光场态是两个两部分纠缠态的直乘时,让其中的两模通过光学分束器作用后再对其进行光子计数,另外两模将会塌缩到新的纠缠态.基于这个特点,提出了一个实现部分纠缠相干态纠缠浓缩的方案.在这个方案中,两个部分纠缠相干态被用来作为量子信道,通过光学分束器作用后对光场进行光子数探测时,如果测量到光场的两模分别处于奇光子数态和零光子数态,则光场另外的两模将塌缩到最大纠缠态,从而完成纠缠浓缩的过程.计算结果表明,对于纠缠相干态,无论其初始的纠缠是多么微弱,利用这种方法总有一定的几率可以从中提纯出最大纠缠态.     

多输入多输出量子密钥分发信道容量研究

量子安全通信是一个量子密钥分发过程,目前采用的通信技术严重制约了量子密钥分发的比特率.将多输入多输出（MIMO）技术应用于量子密钥分发系统,可提高量子密钥分发的比特率,促进量子安全通信向高速大容量发展.文中首先构造出MIMO量子密钥分发信道中多光子纠缠态Wigner算符矩阵.并在此基础上,推导出多光子双模压缩纠缠态Wigner算符矩阵和MIMO量子密钥分发信道容量.为开发稳健的MIMO量子安全通信空时处理算法和优化设计高性能MIMO量子密钥分发系统提供理论支撑和技术基础. 关键词： 多输入多输出 双模压缩态 多光子纠缠态 信道容量     

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.     

光子四维量子态隐形传输

多维量子纠缠态比二维纠缠态可加载更多的信息,多维量子系统是量子信息处理中一个很重要的资源.本文采用已实现的光子四维纠缠态,给出了光子四维量子态的张量表达式,并描述了四维量子态隐形传输的一般表示方法;通过讨论光子四维量子态系统的量子通道参数矩阵和测量矩阵的特性,得到实现完全传输和非零概率传输的充要条件.最后,本文给出在多种量子通道下的四维态的量子隐形传态方案,这一过程在张量分析表示下十分清晰明了.     

多模简并多光子Tavis-Cummings模型中的量子纠缠特性(英文)

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.     

激子自旋弛豫对简并量子点发射光子对纠缠度的影响

利用粒子数运动方程和量子回归理论，计算了单个半导体量子点双激子体系脉冲激发下粒子在各能级间辐射跃迁的二阶交叉相关函数以及系统发射光子对的偏振密度矩阵.分析了激子态能级简并量子点体系发射光子对偏振纠缠特性，讨论了纠缠度随激子态间自旋弛豫的变化关系.研究表明，激子自旋弛豫会破坏该系统发射光子对的纠缠度. 关键词： 纠缠光子对 半导体量子点 二阶相关函数     

量子密码实验新进展--13km自由空间纠缠光子分发:朝向基于人造卫星的全球化量子通信

实验实现了纠缠光子对通过地面大气13km的自由空间分发.实验表明,纠缠光子在通过超过大气层等效厚度的距离之后,纠缠特性依然能够很好保持.文章作者观测了类空间隔Bell-CHSH不等式的破坏,其S值达到2.45±0.09.在这个基础上,我们利用分发的纠缠光子对演示了BB84-Ekert91量子密码协议.这个实验第一次验证了用纠缠光子对进行地面和卫星量子通信的可行性,为未来的基于人造卫星全球化量子通信打下坚实的基础.文章将首先回顾量子密码实验方面的最新进展,然后再详细介绍作者的实验.     

六光子量子纠缠态的制备

我们提出了一个完全基于量子擦除概念上的六光子纠缠态的制备方案。首先，提出了利用一组四纠缠光子来制备六光子纠缠态的方案。接着，运用同样的技术，通过五粒子纠缠和Bell态的相互作用来制备六光子纠缠态。我们的实验方案可以应用于以测量为基础的量子计算和多体量子通信领域的研究。我们发现该方案成功的概率取决于纠缠态的系数。     

利用多光子相互作用实现量子信息传递

利用全量子理论,研究了多原子-腔场系统中多光子相互作用的过程,给出了不同情况下系统的一般演化式,发现利用此过程可实现量子纠缠信息的传递:只要控制腔场与原子相互作用的时间即原子以特定速度通过腔场时,处于基态的原子与存储纠缠信息的腔场相互作用的结果使原子获得量子纠缠信息;相反,纠缠原子中的量子纠缠信息也可传递给处于真空态的腔场;基态原子作为"飞行的量子比特"还可将量子纠缠信息从一个腔场传递到另一个腔场。该结论适应于讨论任意多个原子-腔场系统中任意多个光子相互作用的普遍情形。     

双模光场与级联三能级原子在非旋波近似下的量子纠缠

利用全量子化理论,在非旋波近似下对双模相干态光场与级联型三能级原子相互作用的量子纠缠进行了精确求解.讨论了初始时刻原子能级的叠加和平均光子数对量子纠缠演化的影响.数值计算结果表明:初始时刻原子处于单一能级时,量子纠缠演化曲线的周期随着平均光子数的增加逐渐变大;初始时刻原子能级的叠加导致初始阶段纠缠度显著降低,纠缠达到最大值的时间随着平均光子数的增大逐渐变长,且初始时刻原子能级的叠加使得量子纠缠的周期性消失;无论初始时刻原子能级处于哪种能级的叠加态,随着平均光子数的增大,由虚光子效应引起的小锯齿状的振荡逐渐增强.     

光子两自由度超并行量子计算与超纠缠态操控

光子系统在量子信息处理和传输过程中有非常重要的应用. 譬如, 利用光子与原子(或人工原子)之间的相互作用, 可以完成信息的安全传输、存储和快速的并行计算处理等任务. 光子系统具有多个自由度, 如极化、空间模式、轨道角动量、时间-能量、频率等自由度. 光子系统的多个自由度可以同时应用于量子信息处理过程. 超并行量子计算利用光子系统多个自由度的光量子态同时进行量子并行计算, 使量子计算具有更强的并行性, 且需要的量子资源少, 更能抵抗光子数损耗等噪声的影响. 多个自由度同时存在纠缠的光子系统量子态称为超纠缠态, 它能够提高量子通信的容量与安全性, 辅助完成一些重要的量子通信任务. 在本综述中, 我们简要介绍了光子系统两自由度量子态在量子信息中的一些新应用, 包括超并行量子计算、超纠缠态分析、超纠缠浓缩和纯化三个部分.     

基于N个有序纠缠光子对的量子机密共享方案

提出了一种基于N个有序纠缠光子对量子机密共享方案.用纠缠光子作为信息的载体,密钥管理者Alice将纠缠光子对分成两个序列,其中一个序列直接发送给合作者之一Bob,在确保第一个序列发送安全后,再对第二个序列进行编码,发送给另一个合作者Charlie.Bob和Charlie分别对他们所接收到的光子序列进行Bell基联合测量...     

2004年物理学进展要闻

2004年量子加密技术首次走向实用．4月21日从维也纳市政厅向奥地利信贷银行的转帐活动中率先使用由单个光子组成的量子密钥以保证转帐的绝对安全．在现行的加密体系中，密钥从本质上说是一组由发收双方拥有的保证传输的随机数字．而在本次传输中量子密钥在银行中产生．激光中的光子被一块晶体转化成纠缠的光子对，每个光子对中的其中一个光子被传输到市政厅，另一个留在银行，通过检测光子的偏振，     

基于腔衰减的未知原子纠缠态的浓缩方案

基于具有两个近似简并基态(|g〉,|e〉)和一个激发态(|r〉)的三能级原子的两基态为静态量子比特,光子数态为飞行量子比特.两对非最大原子纠缠对中各有一个原子被分别囚禁在两个泄露腔中,在大失谐极限和激发态自发辐射系数γ远小于失谐量Δ的情况下,利用经典激光脉冲激发和与量子化腔场耦合作用后,通过对从腔中泄露出来的光子进行探测,可以将两对未知非最大原子纠缠态以一定的概率浓缩成最大纠缠态.充分考虑并且利用了腔的衰减,增强了实验的可行性和进行远距离的纠缠态浓缩的实现.     

光子四维量子态隐形传输

多维量子纠缠态比二维纠缠态可加载更多的信息,多维量子系统是量子信息处理中一个很重要的资源,本文采用已实现的光子四维纠缠态,给出了光子四维量子态的张量表达式,并描述了四维量子态隐形传输的一般表示方法；通过讨论光子四维量子态系统的量子通道参数矩阵和测量矩阵的特性,得到实现完全传输和非零概率传输的充要备件,最后,本文给出在多种量子通道下的四维态的量子隐形传态方案,这一过程在张量分析表示下十分清晰明了.