级联非简并光学参量发大器输出场的纠缠特性

本文首先导出两束宽带光纠缠的充分条件。考虑N个工作在阈值以下的光学参量放大器（NOPA）组成的级联系统，将前一级NOPA的输出作为后一级NOPA的输入，在求解单个非简并光学参量放大器（NOPA）输出场的基础上，我们推导出了级联NOPA系统的输入输出关系。理论分析表明，当第一级输入信号为真空时，最末一级NOPA的两束输出光呈现出宽带纠缠，与单个NOPA的输出场纠缠频谱相比，纠缠的频带显著展宽。同时，我们发现，当第一级NOPA输入信号具有一定相干振幅时，由于泵浦光噪声和外界噪声随着信号光振幅的迅速增大而被放大，致使最末一级NOPA输出光的纠缠特性减弱甚至消失。

由非简并光学参量放大系统获得压缩态光所满足的Fokker-Planck方程及其解

通过解非简并光学参量放大的Fokker Planck方程 ,得出压缩态光的腔内最大压缩的量子起伏为 1 16 (真空起伏为 1 4 ) ,与已知的简并光学参量放大情形腔内最大压缩为 1 8相比 ,压缩度提高了一倍 .

利用非简并光学参量振荡腔产生连续变量三色三组分纠缠态

利用半经典理论方法计算了运转于阈值以上的非简并光学参量振荡腔输出信号场、闲置场及反射抽运场的关联特性.根据vrdn Loock等提出的连续变量多组分纠缠判据,计算结果表明,常温下这三个光场的正交振幅分量与正交位相分量之间存在三组分量子关联,得到了三色三组分纠缠态光场.数值计算了关联噪声对参量振荡腔物理参数的依赖关系,找出了产生三色三组分纠缠态产生的最佳运转条件,为连续变量多组分纠缠态光场产生系统的设计提供了直接参考.

非简并光学参量放大器线宽对纠缠增强的影响

非简并光学参量放大器可以有效地增强其注入纠缠态光场的纠缠度。但是由于光学参量放大器具有一定的线宽,所以不可能实现整个频率范围内的纠缠增强。为此,在本文中我们分析了光学参量放大器线宽对纠缠增强效率的影响,为今后开展宽频纠缠增强提供参考。

明亮EPR光束的量子纠缠交换

文中提出一个实现明亮光场量子纠缠交换的理论方案。两个独立的非简并光学参量放大器产生两组经典相干的明亮EPR光束对 ,通过在每一组EPR光束对的一半上执行联合贝尔态测量 ,使未产生相互作用的另一半之间产生量子纠缠。在我们的系统中由于采用贝尔态直接探测替代通常的平衡零差探测 ,不需要本底振荡光 ,减小了实验难度并能提高探测效率。

连续变量四组份纠缠态光场的产生

以一对工作在参量反放大状态的非简并光学参量放大器同时产生的两个正交振幅压缩相干态与两个正交位相压缩真空态光场为基础，经过不同位相关系的线性光学变换，可获得四组份纠缠态光场。我们将介绍实验原理和初步试验结果。

连续变量量子纠缠增强实验的改进

通过在泵浦光和注入光路中加入高精细度模清洁器及提高实验系统锁定的精度,我们对连续变量量子增强的实验系统加以了改进,初始的EPR纠缠光场的正交振幅及正交位相分量的关联度分别从(2.4±0.2)dB,(2.4±0.2)dB提高至(4.0±0.2)dB,(3.9±0.2)dB,而输出纠缠态光场的关联度分别由原来的(3.0±0.2)dB,(3.0±0.2)dB提高至(5.6±0.2dB),(5.5±0.2)dB。与此前的实验系统相比,纠缠增强的效率及结果均有一定提高。

EPR纠缠光束时域量子关联的实验验证

我们利用平衡零拍探测系统和数据采集系统直接测量了EPR纠缠光束信号光场与闲置光场正交分量之间的时域量子起伏,验证了其量子关联。通过对EPR纠缠光束中的一束光场进行延迟,验证了信号光与闲置光不同步时将导致量子关联减弱乃至消失。我们的实验结果为开展连续变量量子密钥分发、非高斯态的实验制备和纠缠纯化奠定了实验基础。

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 (controlleddensecoding)量子通讯 ,Alice和Bob之间通讯的信道容量受控于Claire。近期 ,我们构建了双NOPA实验装置 ,并用以完成了无条件纠缠交换 (unconditionalentanglementswapping)实验。两台NOPA的共振频率锁定于同一激光信号源 ,并由同一激光器产生的二次谐波泵浦 ,因此它们经参量下转换产生的EPR纠缠态光场具有经典相干性但没有任何量子关联。通过对二束EPR纠缠光束之半进行联合贝尔态测量 ,它们的空间分离的另一半虽未直接相互作用 ,却产生了纠缠 ,即完成了纠缠交换。借助于经典信号调制与检测站的直接贝尔态探测 ,我们从实验上测定了由纠缠交换所产生的纠缠度 ,实验结果与理论预测符合很好。

高灵敏度的量子迈克耳孙干涉仪

迈克耳孙干涉仪不仅可以用来研究物理学的基本问题,而且能够用于精密测量,比如引力波信号的测量.因此,构建高灵敏度的迈克耳孙干涉仪是实现微弱信号测量的关键.目前,人们利用压缩态可以降低迈克耳孙干涉仪的噪声;通过光学四波混频过程能够放大马赫·曾德尔干涉仪中的相位信号,从而提高干涉仪的信噪比和灵敏度.本文研究了一种用于高灵敏度相位测量的量子迈克耳孙干涉仪.在迈克耳孙干涉仪中,利用非简并光学参量放大器取代干涉仪中的线性光学分束器;并且将压缩态注入干涉仪的真空通道,可以得到高信噪比和高灵敏度的干涉仪.由于存在不可避免的光学损耗,分析了迈克耳孙干涉仪内部和外部的损耗对相位测量灵敏度的影响.通过理论计算研究了干涉仪的相位测量灵敏度随系统参数的变化关系,得到了高灵敏度的相位测量量子迈克耳孙干涉仪的实现条件,为用于精密测量的干涉仪的设计提供了直接参考.

非理想强度差起伏量子非破坏性测量的实验方案

提出了一种强度差起伏量子非破坏性 (QND)测量的实验方案 ,该方案通过一个非简并光学参量放大腔实现。推导了在非理想状态下该系统的传输系数和量子态制备能力的关系式 ,分别讨论了探针输入噪声谱和探测系统测量效率对其测量的影响。结果表明 :探针输入噪声越小 ,测量效率越高 ,则其测量质量就越好 。

具有经典相干性的两组EPR纠缠态光场的实验产生

纠缠交换,即纠缠态的量子离物传送,是实现远程量子通讯及量子信息网络的必要手段之一.要完成纠缠交换实验,首先必须具有两组相互独立的纠缠源.对于连续变量系统,两独立的纠缠源为具有经典相干但量子起伏互不关联的两组EPR纠缠态光场.利用自行研制的瓦级连续双波长输出Nd3+YAP KTP稳频激光器为抽运源,抽运两台结构完全相同的非简并光学参量放大器,获得了具有经典相干性的两组独立的EPR纠缠光束.讨论了两组具有经典相干性的EPR光束产生的实验方法,及不完善模匹配效率对关联测量的影响.

由NOPA产生高质量明亮压缩光及明亮EPR光束

通过非简并光学参量放大器获得了明亮双模正交压缩光及明亮EPR光束 .实验测得明亮耦合模的正交振幅压缩为 5 7± 0 2dB ;信号模与闲置模的正交振幅和 (正交位相差 )的起伏低于散粒噪声极限 5 4± 0 2dB(5 4± 0 2dB) ,EPR关联的乘积为 0 332± 0 0 0 3.

连续变量多色纠缠态光场

具有正交振幅和相位分量量子关联的纠缠态光场是执行连续变量量子通信和量子计算研究的基本资源。随着量子信息科学的迅速发展,研究和构建可实用的量子信息网络已成为该领域科技工作者的主要目标。为了实现量子信息经由若干量子中继的远距离传送,第一步必须制备与原子存储及光纤通信波段相匹配的多色纠缠态。概述了连续变量纠缠态光场的概念和发展,介绍了产生双色及三色纠缠态光场的实验进展,最后从制备原理和实验方法方面详细描述了近期完成的与原子谱线和光纤传输窗口对应的三色纠缠态光场的研究。

连续变量无条件纠缠交换——纠缠态的量子离物传送

利用自行设计的两台非简并光学参量放大器,获得了一对具有经典相干性且量子起伏相互独立的连续变量纠缠态光场,并用它完成了连续变量的无条件纠缠交换,即纠缠态的量子离物传送.通过联合贝尔态探测与纠缠塌缩,使两个初始不纠缠而又从未发生过直接相互作用的光场产生了量子纠缠,其正交振幅和位相分量的量子起伏关联方差被直接测量,其测量值分别低于散离噪声极限1.23dB和1.12dB.理论计算与实验结果基本符合.

实验制备纯的双模压缩态

从一个压缩真空态中减去一个光子是制备光学薛定谔猫态的一种有效方法。研究表明,通过这种方法制备的薛定谔猫态的保真度依赖于压缩态光场的纯度。利用一个抽运光部分共振的非简并光学参量放大器实验制备了纯度为0.993的双模压缩态。由于热效应的存在,非简并光学参量放大器在较宽的抽运功率范围内能够获得纯度较高的双模压缩态。