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.     

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.     

基于四波混频过程和线性分束器产生四组份纠缠

多组份纠缠是量子信息处理的重要资源,它的产生通常涉及到许多复杂的线性和非线性过程.本文从理论上提出了一种利用两个独立的四波混频过程和线性分束器产生真正的四组份纠缠的方案,其中,线性分束器的作用是将两个独立的四波混频过程联系起来.首先应用部分转置正定判据研究了强度增益对四组份纠缠的影响,结果表明,在整个增益区域内都存在真正的四组份纠缠,并且随着强度增益的增加,纠缠也在增强.然后研究了线性分束器的透射率对四组份纠缠的影响,发现只要线性分束器的透射率不为0或1,该系统也可以产生真正的四组份纠缠.最后,通过研究该系统可能存在的三组份纠缠和两组份纠缠来揭示该系统的纠缠结构.本文理论结果为实验上利用原子系综四波混频过程产生真正的四组份纠缠提供了可靠的方案.     

Quantum State Sharing by Using Two-Mode and Single-Mode Squeezed State Lights

We propose a quantum state sharing scheme for continuous variables using bright two-mode squeezed state and single-mode squeezed state light. The squeezing of a single-mode state is applied to enhance the security of information in quantum teleportation network. The signal-to-noise ratio of communication and the fidelity between the secret and reconstruction state are analysed. It is shown that both the receivers of Bob and Charlie cannot extract information with a high signal-to-noise ratio because of the large noise come from the other quadrature component of single mode squeezed state. Anyone of Bob and Charlie can retrieve the quantum state with a high signal-to-noise ratio if and only if the other one cooperates with the measurement.     

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。     

基于原子系综四波混频过程的量子信息协议

与经典体系相比,量子信息协议在大幅提高信息处理的安全性、保真度和容量方面具有巨大的优势。各种具有不同功能的量子信息协议已经被提出并实现。介绍了利用铷原子四波混频过程构建一套能兼容多种不同量子信息协议的多功能平台。基于这个平台可以实现并行9通道全光量子隐形传态,部分无实体量子态传输和最优N→M相干态量子克隆协议。更重要的是,部分无实体量子态传输协议可以同时连接全光量子隐形传态协议和最优1→M相干态量子克隆协议。这些量子信息协议在全光量子通信中具有潜在的应用。     

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.     

结合双模压缩真空态对EPR“佯谬”与量子力学几率波的统一性解释

文章分析了爱因斯坦等人对量子力学不完备的论证过程，通过对双模压缩真空态的偏振正交两光束EPR关联实质讨论，结合EPR光束对实验产生，给出了量子力学几率波解释与EPR“佯谬”的统一必解释，从而在肯定EPR关联实在性的基础上，肯定了量子力学几率波解释的完备性。     

Characterization of the pairwise correlations in different quantum networks consisting of four-wave mixers and beamsplitters

We investigate the performances of the pairwise correlations(PCs) in different quantum networks consisting of fourwave mixers(FWMs) and beamsplitters(BSs). PCs with quantum correlation in different quantum networks can be verified by calculating the degree of relative intensity squeezing for any pair of all the output fields. More interestingly, the quantum correlation recovery and enhancement are present in the FWM+BS network and the repulsion effect phenomena(signal(idler)-frequency mode cannot be quantum correlated with the other two idler(signal)-frequency modes simultaneously)between the PCs with quantum correlation are predicted in the FWM + FWM and FWM + FWM + FWM networks. Our results presented here pave the way for the manipulation of the quantum correlation in quantum networks.