基于信道估计的自适应连续变量量子密钥分发方法

为使连续变量量子密钥分发协议获得稳定的密钥生成率,需要根据信道变化动态调整发送光脉冲的强度.将光纤量子信道看作加性玻色量子高斯信道,给出高斯态通过玻色量子高斯信道仍得到高斯态的证明过程.通过平衡零差检测后,采用最大似然估计法得到了信道参数,进而根据估计的噪声大小自适应调整Alice发送的光脉冲的强度,从而获得稳定的密钥生成率. 关键词： 量子密钥分发 连续变量 玻色量子高斯信道 信道估计     

双模Dicke模型的一级量子相变

多光场与多粒子相互作用的多模Dicke模型不但存在着更为丰富的量子相,而且在量子信息中有着重要的应用.本文运用Holstein-Primakoff变换和玻色扩展法研究双模Dicke模型的基态特性并从理论上发现了一个新的一级量子相变.该相变在实验上可以通过测量平均光子数或原子布居数进行观察.     

玻色-费米超流混合体系中的相互作用调制隧穿动力学

研究了玻色-费米超流混合体系中的相互作用调制隧穿动力学特性,其中玻色子位于对称双势阱中,费米子位于对称双势阱中心的简谐势阱中.采用双模近似方法得到描述双势阱玻色-爱因斯坦凝聚的动力学特性方程组,并将其与简谐势阱中分子玻色-爱因斯坦凝聚的Gross-Pitaevskii方程进行耦合.通过对不同参数下玻色-费米混合体系中的隧穿现象进行数值研究,发现简谐势阱中费米子与双势阱中玻色子的相互作用使双势阱玻色-爱因斯坦凝聚的隧穿动力学特性更加丰富.不但驱使双势阱中玻色-爱因斯坦凝聚从类约瑟夫森振荡转变为宏观量子自囚禁,而且宏观量子自囚禁表现为三种不同的形式:相位与时间呈负相关并随时间单调减小的自囚禁、相位随时间演化有界的自囚禁以及相位与时间呈正相关并随时间单调增大的自囚禁.     

噪声对双势阱玻色-爱因斯坦凝聚体系自俘获现象的影响

研究了对称双势阱玻色-爱因斯坦凝聚体系(BEC)存在均匀噪声或高斯噪声时的自俘获现象.结果发现噪声的存在破坏了自俘获现象的临界行为特征，使得原来约瑟夫森振荡和自俘获之间的临界点变成了一个过渡区域，而且噪声强度越大，这个过渡区域展得越宽.同时发现，对于确定的相互作用强度，当噪声强度增大到一定程度时，相平面会出现混乱，如果这时固定噪声强度增大相互作用强度，相平面中的轨道会重新出现.对纯量子系统加噪声后，自俘获同样不存在临界值，而是存在一个临界区域，且随噪声的增强临界区域会展宽.与平均场近似情况下不同的是，纯量子情况下噪声促进自俘获的产生，且噪声越强自俘获越明显. 关键词： 玻色-爱因斯坦凝聚 自俘获 双势阱 噪声     

混沌光场光子统计分布及二阶相干度的分析与测量

利用通信波段双通道单光子探测器,采用Hanbury Brown-Twiss关联测量方案,理论分析并实验测量了光反馈半导体激光器产生的混沌光场的光子统计分布及不同混沌状态光场的二阶相干度.通过对混沌光场二阶相干度g~((2))(τ)的理论分析,得出随着延迟时间和相干时间的变化,其与相干光、热光及单光子态的二阶相干度可明显区分并呈现出不同分布.同时实验上产生了频谱宽度6.7 GHz的混沌光场,测量了不同光子数分布的结果,并用高斯随机分布、泊松分布、玻色-爱因斯坦分布对光子数分布进行理论拟合,发现随着入射平均光子数的增加,光子数分布从玻色-爱因斯坦分布过渡到泊松分布,但整个过程都与高斯随机分布符合较好,且光场的二阶相干度g~((2))(0)由2降至1.通过改变偏置电流(I=1.0Ith-2.0Ith)和反馈强度(0—10%),实验上研究了混沌光场由低频起伏到相干塌陷的过程中不同状态宏观动力学特性与二阶相干度的对应关系.结果表明:混沌光场在此过程中始终呈现出明显的聚束效应,并在频谱宽度最大时达到最强;同时给出了光子计数测量中聚束效应减弱的物理原因.实验表明该系统及方法能很好地揭示不同状态混沌光场的光子统计特性.     

探测器对量子增强马赫-曾德尔干涉仪相位测量灵敏度的影响

研究了强度差测量方案下,探测器量子效率对光子数态、关联数态、压缩真空态三种量子光源注入的马赫-曾德尔干涉仪相位测量灵敏度的影响.获得了相位测量灵敏度与效率的定量关系,比较了探测效率对不同量子态注入的干涉仪相位灵敏度的影响.研究表明：光子数态注入时,相位测量灵敏度始终不能超越标准量子极限;关联数态注入时,无论多大的光子数,要获得相位测量的量子增强,探测效率不得小于75%;对于压缩真空态,只要有压缩存在就可以获得一定的相位测量的量子增强;关联数态、压缩真空态的注入,相位灵敏度皆随探测效率的增大而不同程度的提高,且压缩真空态比关联数态具有更好的量子增强效果.给出了在量子增强的精密测量实验中对探测效率的要求,并结合实际应用说明了探测效率的提高有助于提高干涉仪探测的灵敏度.     

玻色-爱因斯坦凝的相位和干涉研究

玻色-爱因斯坦凝聚的相位是一个很基本又很重要的概念.一个凝聚体应该具有确定的相位,不同的凝聚体会具有不同的相位.为此,我们首先用量子相位算符计算了凝聚体相位的具体表达式,发现凝聚体的相位与时间有关,有初始相位,非相互作用能和粒子数决定.     

光子增加双模压缩真空态在马赫-曾德尔干涉仪相位测量中的应用

量子度量学主要是利用量子效应来提高参数估计的精度,以期突破标准量子极限,甚至达到海森伯极限.本文研究了一般光子增加双模压缩真空态作为马赫-曾德尔干涉仪的探测态时,在何种情况下能够提高待测相位的测量精度.根据量子Fisher信息理论,尽管在探测态具有相同的平均光子数这一约束条件下,对称的和非对称的光子增加操作并不能提高相位的测量精度.但若是在给定初始压缩参数的情况下,对称的和非对称的光子增加操作却能够增强相位的测量精度.另外,基于宇称测量的研究结果表明,对于对称光子增加双模压缩真空态,只有当待测相位趋于零时,宇称测量才是最优测量.而对于非对称光子增加双模压缩真空态,宇称测量并不是最优测量方案.     

量子信令的偏振态差分相位编码方案及仿真

为了研究量子通信信令系统,实现多用户之间进行通信,提出了一种量子信令的偏振态差分相位编码方案,阐述了编码过程.发送方使用光子的不同偏振态来表示不同的信令,然后对光子进行相位调制,通过前后两个光脉冲的相位差进行量子信令编码.接收方根据两个光脉冲在光合束器处发生干涉,由于相位差不同可以被不同的检测器检测到而得到0或1信号完成解码.根据高斯脉冲分布,导出了光子传输过程中由于脉冲延迟引起的差分相位编码系统的量子误码率与脉冲宽度以及延迟时间分布参量之间的定量关系,推出高斯分布的单光子脉冲在确定的时间抖动分布情况下系统的量子误码率.对量子信令编码效率和误码率进行分析并仿真,结果表明本文提出的编码方案可以达到75％编码效率,能够满足量子移动通信的需要.     

温度对光学微腔光子激子系统玻色凝聚的影响

建立了光学微腔中光子激子系统的物理模型,确定了光学微腔宽度为常数和可变这两种情况下玻色凝聚时化学势的变化范围和粒子数密度随温度和位置的变化规律.以半导体GaAs光学微腔为例,探讨了温度对玻色凝聚的影响.研究表明:系统出现玻色凝聚时激子化学势的变化范围与材料介电函数、微腔宽度有关,而光子和激子的粒子数密度及总粒子数还与温度有关.玻色凝聚温度理论值与实验值接近.刚出现玻色凝聚时,光子和激子的粒子数密度几乎相等,且局限在r=0的附近;随着温度的降低,光子和激子的粒子数密度都增加,且存在的范围也不断扩大;不论光学微腔宽度是否可变,光子和激子的粒子数密度以及总粒子数都随温度的降低而增大,光子数总是多于激子数.     

部分相干的高斯谢尔模物质波的轨道角动量

部分相干物质波是处于临界温度以上的玻色冷原子气体。密度和一阶关联都满足高斯分布的部分相干物质波是高斯谢尔模(Gauss-Schell model)物质波。本文通过研究高斯谢尔模物质波一阶关联函数的相位结构,揭示出物质波在部分相干情况下的轨道角动量特点。证明扭曲相位是部分相干物质波具有的独特性质,完全相干物质波(如,玻色爱因斯坦凝聚体)不具有此相位。此外,本文举例分析了高斯谢尔模物质波在一个"柱透镜"光脉冲作用下,其轨道角动量的变化情况。     

共形场论和相变

本文讨论了共形对称性,量子共形对称理论以及相变现象。讨论了二维共形场论中最基本的自由玻色场和费米场,也介绍了玻色化、高斯泛函、ＳＧ模型及其简单应用     

共形场论和相变

本文讨论了共形对称性,量子共形对称理论以及相变现象。讨论了二维共形场论中最基本的自由玻色场和费米场,也介绍了玻色化、高斯泛函、ＳＧ模型及其简单应用     

三体相互作用下三势阱中玻色-爱因斯坦凝聚体的稳定性研究

着重研究受到非弹性碰撞相互作用,即考虑有三体复合耗散和原子填充时三势阱中玻色-爱因斯坦凝聚体的动力学性质.运用三模近似,得到三个耦合的GP方程,用数值的方法得到不同散射长度的数值结果,展示了玻色-爱因斯坦凝聚体在零相位和π相位时,会出现自俘获及量子隧穿现象,且定态解的稳定性与相位有关.     

增光子压缩真空态的反群聚效应

本文讨论了压缩真空态在玻色湮灭算符的逆算符及玻色产生算符作用下的光子反群聚性质. 结果表明, 在两种情况下所得到的增光子压缩真空态都呈现出反群聚效应, 但前者呈现的反群聚效应与所增加的光子数k以及压缩参数的取值区间有关, 而后者则在相同的压缩参数取值区间内呈现出反群聚效应, 与增加的光子数k无关.     

基于αη协议的量子数据流加密系统实际安全与性能分析

αη协议是一种利用量子噪声隐藏信息的随机加密协议. 通过求解高斯噪声信道中窃听者获取信息量的计算公式, 推导了该协议实际安全判据. 结果表明, 协议是否安全主要取决于信源量子态的平均光子数和密文符号数. 基于此, 计算了在光束分离攻击下两者的安全取值区间以及协议的有效通信距离.     

基于探测器模型的MPPC标定方法

探测器的光子数分辨能力是精确描述多光子态的突破口,近年来受到广泛的关注。光子数可分辨探测器有望被进一步应用于量子光学基础研究、量子成像、量子计算、量子通讯以及远距离激光测距等领域。基于空间复用原理的多像素光子计数器具有常温下稳定高效的光子数可分辨探测能力,加上尺寸和成本上的优势使得它成为光子数可分辨探测应用的首选。针对多像素光子计数器,我们通过建模给出了能描述探测器量子特性的标准矫正方法,系统地考虑了探测器量子效率、噪声、各像素点感光面的光子入射效率对量子特性的影响,给出了不同光子数态的正定算子估值测量和魏格纳函数。     

量子拍激光：双模亚泊松光

在Λ型量子拍系统中再引入原子相干，可以产生明亮的双模亚泊松光.运用Scully-Lamb理论计算了MandelQ因子.当相对相位和相对振幅的量子噪声被抑制到真空噪声水平时，平均模呈现亚泊松光子分布；或者当平均相位和平均振幅的量子噪声被抑制到真空噪声水平时，相对模呈现亚泊松光子分布，MandelQ因子的最佳值均可达到-0.5；并且，在上述两种情况下，每个关联自发辐射激光模呈现亚泊松光子分布，MandelQ因子的最佳值均可达到-0.25. 关键词：     

超导转变边沿单光子探测器原理与研究进展

量子信息技术近十多年来的快速发展对单光子探测器的性能提出了更高的要求,高性能单光子探测器也因此受到了更多的关注.与传统的单光子探测器相比,超导转变边沿(TES)单光子探测器在探测效率、能量分辨、光子数分辨和暗计数等方面具有突出优势.目前,超导TES单光子探测器已经被成功地应用在量子光学实验和量子密钥分配系统中,未来在量子信息技术等研究领域具有更广泛的应用.本文从超导TES单光子探测器的工作原理、制备流程、测试系统、主要性能指标以及研究现状和进展等方面对该探测器技术进行简要综述.     

多光子过程中相位退相干时两原子布局数反转

利用全量子理论的方法,研究了存在相位退相干时多光子T-C模型中两个二能级原子与二项式光场相互作用系统中两原子的布居数反转。讨论了相位退相干系数、二项式光场系数、最大光子数、跃迁光子数对原子布居数反转的影响。结果表明：相位退相干减少了原子布居数反转的振幅、破坏了原子的量子特性。改变跃迁光子数,可以改变原子间布居数反转演化周期及演化强度。当二项式光场的最大光子数增大时,原子布居差的崩塌-回复现象就会逐渐消失。相位退相干因子不变时, 二项式光场从相干态过渡到数态过程中,原子布居的振荡频率由大变小,周期性的崩塌与回复现象逐渐消失。