单光子纠缠态的纠缠浓缩(英文)

通过分析光学分束器对单光子态的作用特点,描述了一个利用单光子态和真空态制备纠缠单光子态的方法;提出了一个实现单光子纠缠态纠缠浓缩的方案。在这个方案中,两个单光子部分纠缠态被用来作为量子信道,通过利用光学分束器作用和单光子探测器探测完成了这个纠缠浓缩的过程。结果表明,对于单光子纠缠态,利用这种方法总有一定的几率可以从部分纠缠纯态中提纯出最大纠缠态。

光子纠缠光纤陀螺仪的相位检测灵敏度分析

针对量子输入通常需要双输入/双输出的特征,提出了一种采用双环行器的光子纠缠光纤陀螺光路结构。阐述了基于N00N态的光子纠缠光纤陀螺仪的工作原理,首次推导了N00N态光子纠缠光纤陀螺的德布罗意波的量子干涉公式,并将N00N态与具有相同光子数(光功率)的一般光子数态(22)输入以及经典输入的相位检测灵敏度进行了对比。分析表明,N00N态作为理想的最大路径纠缠态,可以突破散粒噪声极限而达到海森堡极限,而其它非经典态由于输出态的生成概率,其二阶符合计数及高阶符合计数存在一个固有效率,可能较难突破散粒噪声极限。

双光子纠缠实验教学系统的搭建与应用

双光子纠缠实验教学系统主要涉及双光子纠缠态的制备、测量和分析,可以直观展示量子纠缠概念,排除局域隐变量假设.介绍了双光子纠缠系统的工作原理、纠缠态的制备和测量方法,搭建了双光子纠缠实验教学系统.该系统利用自发参量下转换效应制备出双光子偏振纠缠态并进行测量,性能稳定可靠.实验包含符合测量和复杂光路设计、调节等内容,有助于学生理解量子光学和非线性光学的基本概念,也锻炼了学生的动手能力和实验探究能力.

由激光束腰半径小于几何光学束腰半径谈光子纠缠态

首先,从激光器凹形反射镜有源稳定共焦腔具有束腰半径而非圆柱形激光束,由此考虑到:激光器谐振腔中光束为且有包括束腰细处呈现双曲线形而非圆柱形是与谐振腔中反射境为凹镜有关的,进而考察有关实验数据,即从(二氧化碳激光器与氖氦激光器)束腰半径与反射镜半径之间的关系这两个特例进行考察,用激光器谐振腔中光线往返传播矩阵计算出谐振腔中心点O往外至反射镜半径之半处O_1到两反射镜边缘连线A^1O_1A为光线近似为零区,而AO_1A'BC'O_(11)CB'A为光线密集区,据对称性可知轴的另一侧的光线密集区的位置。考察结果是:不仅二氧化碳激光器、氖氦激光器,而且一般的共焦腔凹形反射镜激光器的基模束腰半径W_(os)小于OO_1,即Wos小于反射镜半径的一半是一个普遍规律.然后,解释了束腰半径Wos小于反射镜半径一半a/2的原因,最后,解释了《激光原理》中的共焦腔模的场为什么主要集中在反射镜面中心附近很小的区域的原因。

双模耗散腔中原子-光子纠缠的制备

考虑处于双模耗散腔中的一个Λ型三能级原子,由于耗散腔场受外界噪声场驱动,使得系统产生原子-光子纠缠态.进一步分析噪声对该纠缠的影响以及纠缠的演化,并进行数值模拟.研究结果显示,当双模腔场均受外界噪声场驱动时,系统将产生稳态纠缠.噪声可以在纠缠制备过程中发挥积极作用.

八光子纠缠态制备方案

针对多光子纠缠态制备时需要较多的线性光学器件和较复杂的光路演化过程的问题,提出一种方便操作的制备八光子纠缠态方案。基于自发参量下转换的过程,考虑由二型BBO晶体的自发参量下转换产生四组独立的纠缠光子,通过两块BBO晶体、几组偏振分束器和半波片等线性光学器件搭建量子线路演化的八光子系统。在此过程中有四个光路中的光子并没有参与直接的相互作用,但在这四路光路中所得到的光子仍然为纠缠光子,从而证明了量子纠缠态的非局域性。在方案设计中减少了光学器件的数量,降低了光路的复杂度,同时也讨论八光子量子态的保真度与信道系数比之间的关系,以保证后续搭建量子通信信道可以成功传输量子信息。

单光子纠缠态并发度的直接测量

通过分析光学分束器对单光子态的作用关系,提出了一个利用分束器和光子数探测器的单光子纠缠的直接测量方案.方案中用到单光子与空间模纠缠及其两个备份,并让它们通过一个50:50的分束器.选用并发度为纠缠度量,其可由单光子探测器的探测概率直接获得.此方案不需复杂的量子态层析方法,同时只用到在量子信息处理中常用的光学器件,增强了方案在实验上实现的可行性.

光纤光子纠缠增强陀螺的现状与认知

1996年,Bollinger等指出利用光子纠缠态NOON态可使干涉仪的相位测量精度相对于散粒噪声极限提高√N倍,达到海森堡极限(Heisenberg Limit Measurement)。2019年5月8日,奥地利科学家马蒂亚斯·芬克(Matthias Fink)团队在《New Journal of Physics》上报道了纠缠增强光子陀螺,其利用纠缠光源降低光子de-Broglie波长,实现了超过散粒噪声极限的相位测量。马蒂亚斯·芬克团队的研究成果在业界引起较大反响,并聚焦为光纤光子纠缠陀螺的研究热点。基于新型光纤光子纠缠增强陀螺的相关概念,对光纤光子纠缠增强陀螺的工作原理、理论可实现精度、国内外研究基础和现状等进行了收集梳理、学习分析、认知提升,进而在此基础上针对相关技术,如光子纠缠源、光子纠缠通量的增强抑衰、信息的逻辑采集处理解算、光子纠缠增强陀螺集成技术、光子纠缠陀螺系统验证技术等的创新推进提出了一些浅显看法以商榷。通过上述工作也期望能"抛砖引玉",为我国光纤光子纠缠增强陀螺技术的起步和未来的发展推广应用奠定基础,并激励广大研究者继续深入探索。

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.

Ⅰ类和Ⅱ类光子偏振纠缠源的实验教学对比研究

从实验系统、教学内容、教学中Ⅰ类和Ⅱ类光子偏振纠缠源各自所发挥的作用,以及联合开展两类纠缠源实验教学在激励学生学习兴趣、鼓励创新思维等方面做出分析,以期让更多感兴趣的教师和学生得以了解两类纠缠源有何异同以及各自的教学价值和意义所在。

自发参量下转换制备双光子纠缠态在量子信息学中的应用

叙述了自发参量下转换制备双光子纠缠态技术的发展历程、技术原理以及在量子信息学中的应用,并介绍了国内这一领域的进展。

光子纠缠光纤陀螺的光路互易性分析

传统光纤陀螺采用一个宽带光源和一个探测器,输入/输出共用Sagnac干涉仪的一个端口,这种结构构成一种互易性光路,使各种因素引起的两束光波之间的附加相移完全抵消,从而可以非常灵敏地测量旋转引起的Sagnac相移,而光子纠缠光纤陀螺通常采用双端口输入/双端口输出的光路结构,其光路互易性尚未充分认识。利用散射矩阵模型分析了非理想分束器的相位特性,理论推导了各种非经典输入态的二阶符合输出光强,在此基础上分析了光子纠缠光纤陀螺的光路互易性。研究表明,当输入态为对称Fock态|nn〉时,光子纠缠Sagnac干涉仪是一个互易性光路结构;当输入态为不对称Fock态|nm〉n≠m时,其是一个非互易性光路结构。而采用N00N态时,由于其输入态组合包含等概率|nm〉、|mn〉形式的非对称Fock态的叠加,仍是一个互易性光路结构。

利用交叉Kerr非线性产生多光子极化纠缠W态

提出了一个方案,通过使用交叉Kerr非线性来产生极化纠缠的多光子W态.这一方案利用了可控的条件旋转和零差测量.此方法具有高的成功几率和接近1的保真度.

用二元相位调制实现啁啾纠缠光子对关联时间的压缩

啁啾纠缠光子对具有超宽带的频谱特征,但由于同时产生了二次频率相位因子使其关联时间也被拓宽,限制了其在量子计量、量子光刻等领域的应用.通过类比透镜在空间对光场的相位变换原理,本文提出了一种通过在频域制作"类透镜"(菲涅耳波带透镜)来等效消除二次频率相位因子,从而压缩啁啾纠缠光子对关联时间的方法.这种"类透镜"是基于菲涅耳波带片思想,通过将啁啾纠缠光子对光谱划分成菲涅耳频率波带,并进行二元相位(0,π)调制来实现.该方法可以在不损耗纠缠光信号的情况下极大地增强光子对的时间关联,同时又避免了相位补偿方法中压缩结果对色散介质长度的依赖和高阶色散影响的缺点.这些结果为产生超宽带、超窄时间关联的纠缠光子对提供了理论依据,在量子计量和量子光刻领域有潜在的应用.

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,从而得到Alice所发布的密钥,完整密钥的获得需要管理者和所有合作者共同实现.本方案采用两体纠缠态,相对三体纠缠态来说,在实验上更容易实现,仅需要线性光学元件和简单的纠缠源.

基于纠缠光子方法测量光电探测器量子效率的研究

光辐射传感器的定标是保证遥感数据精度及可利用价值的基础支撑技术。现行辐射定标方法都需要建立高精度初级标准及标准传递链,传递环节是误差的主要来源。纠缠光子理论为实现“无标准传递”的辐射定标开辟了崭新的技术途径。报道了在光子计数模式下利用非线性光学的非经典效应绝对定标光电探测器的新方法,测量是通过BBO非线性晶体的参量下转换形成的702 nm简并的纠缠光子方法来实现的。实验测得光电倍增管在该波长处的量子效率,结果显示有0.1%的偏差。该方法本身具有绝对性,不依赖于任何外部定标的辐射标准。

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.

双光子连续频率变量纠缠熵

介绍了连续频率变量系统中纠缠熵的计算方法。根据这种方法我们计算了自发参量下转换产生的具有高斯型频谱形式的双光子态的纠缠熵,证实了纠缠熵的大小和泵浦光带宽(σp)与下转换光带宽(σ)之比有关的直观分析。

非纠缠光子对的鬼衍射现象(英文)

设计了一个实验装置,经理论计算表明,用此装置进行实验,应当可以观察到鬼衍射现象。在这个实验中,非纠缠光子对空间上没有分离,因而不牵涉非局域性。由此可以断定鬼衍射现象并不能作为量子力学非局域性存在的实验证明。

脉冲光场作用下纠缠双光子量子相干特性研究

基于非线性光学和量子理论,分析了脉冲激光泵浦的第二类型自发参量下转换产生的纠缠双光子波函数及双光子振幅关联特性.研究了纠缠双光子对的量子相干性质,并与泵浦源为连续时双光子量子相干性质做了对比.数值计算得到了二阶相关函数及平均符合计数率的演化规律.结果表明,随着激光脉冲宽度的增加,相位匹配函数的不对称性增加,纠缠光子对的相干性(不可区分性)减小,量子干涉可见度下降.