非线性光学在QND中的应用

在高精度的测量中,往往要遇到测不准关系所带来的量子噪声,即对一个力学量的精密测量,将使其共轭力学量的起伏变得很大,并有可能反作用回来干扰被测力学量,而使再次测量受到干扰。量子非破坏性测量(Quantum Nondemolition Measurement,简称QND)就是通过合理地构造实验装置和选择被测力学量,来克服测不准关系带来的量子噪声。对被测力学量,在Heissenberg图象中,QND要求它在不同时刻是对易的,对相互作用哈密顿量,QND要求它只含被测力学量而不含其共轭量。

量子非破坏性测量

测量过程对待测体系的干扰所造成的量子噪声限制着人们对微弱信号的检测，量子非破坏性测量（ＱｕａｎｔｕｍＮｏｎｄｅｍｏｌｉｔｉｏｎＭｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ，简称ＱＮＤ测量）提供一种克服量子噪声的新颖方法，原则上它能以任意精度探测到极其微弱的信号。本文将介绍ＱＮＤ测量的基本原理和方法，以及实现ＱＮＤ测量所满足的条件，比较对谐振子进行经典测量和ＱＮＤ测量的优劣，引人评价理想ＱＮＤ测量和非理想ＱＮＤ测量的三个相关度，并简介量子光学和非线性光学在ＱＮＤ测量中的应用。最后论述ＱＮＤ两个具体应用例子：产生振幅压缩态和制备“薛定谔猫”。

常温下LED串接放大实现QND光学测量

利用高效率的发光二极管(LED)串接放大,采用大面积高效光电探测器面对面耦合,在常温下从实验上实现了被调制的光子数的光学QND测量,获得量子传输系数T=Ts+Tm=18。

量子信息光学

介绍了一门新的学科分支——量子信息光学．它是量子光学与信息科学相结合的产物光场的量子效应在实现大容量的信息传输，超高精度的信息检测以及不可破译、不可窃听的量子密码术方面有着极其重要的应用前景，在光子学的发展中将发挥独特的作用．该文阐述了量子信息光学中若干物理问题和研究方向，包括超低噪声光源、量子信息复制、量子态工程、量子非破坏性测量和量子密码术．

关于电路量子电动力学系统中光子自由度的消除方案

基于超导传输线和超导量子比特相互耦合的电路量子电动力学(quantum Electrodynamics,QED)系统,是目前固态量子信息领域的一个倍受关注的物理系统,也是研究量子测量和量子控制的理想实验平台.由于其中涉及的驱动场和超导传输线谐振腔支持的光子频率都在微波区,在量子测量和量子控制研究中往往遇到大量光子数引起的状态空间维数过大带来的数值模拟方面的困难.为了避免这个困难,往往采取"消除"光子自由度的办法,建立一个只保留量子比特状态自由度的有效描述方案.本文通过对单比特的量子测量动力学的数值模拟,检验了"绝热消除"和"极化子变换"两种方案的适用条件.结果表明,在量子非破坏(quantum non-demolition,QND)测量情况下,极化子变换精确适用于任意驱动强度和任意(光子)泄漏速率微腔;但在非QND测量情况下,极化子变换相对通常的绝热消除方案,并无优势.在强泄漏微腔和弱耦合情况下,两种消除光子自由度的方法都可以较好地描述测量动力学;但如果微腔光子泄漏速率不是很大或量子比特与微腔耦合较强,则需要纳入光子自由度做完整模拟,此时的量子测量属性是一个尚待研究的课题.