利用明亮纠缠光的连续变量量子离物传态的实验研究

我们利用单个II类相位匹配OPA产生的双模压缩态实现连续变量压缩纠缠态 ,完成了连续变量量子离物传态。利用II类相位匹配OPA参量缩小过程可以实现正交振幅反关联、正交位相关联的压缩纠缠态 ,与运转于阈值以下的OPO产生的正交振幅关联、正交位相反关联的压缩纠缠态相比 ,这种纠缠可以采用直接平衡测量的方法完成Bell态测量。利用双KTP补偿非线性过程的离散效应 ,获得了最大压缩大于 2dB的双模压缩纠缠态 ,采用直接测量的方法 ,我们完成了真空场正交分量的离物传送。探测器探测效率 93% ,保真度达到 0 .5 9。采用这种方案简化了测量方法与纠缠光源产生装置 ,有利于进行量子通信的实验研究与应用。

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。

基于光学反馈频率锁定的窄线宽稳定中红外激光产生技术研究

中红外精密激光光谱技术在痕量气体检测、基本物理常数测定等领域都有重要应用,然而由于缺乏窄线宽、稳定的中红外光源,很难实现中红外精密光谱测量.本文介绍了一种基于光学反馈频率锁定的窄线宽稳定中红外激光产生技术,分析了光学反馈实现激光到F-P腔锁定的可行性,利用一个高精细度中红外超稳F-P腔作为频率参考,基于光学反馈技术实现了量子级联激光器到该超稳腔的锁定.经过评估得到激光器线宽被压窄到1.1 Hz,压窄激光线宽的同时稳定了激光频率,将激光器的长期漂移控制在20 kHz/12 h.其中,为了获取长时间稳定的光学反馈,基于PDH技术获取了误差信号,用于对反馈相位的实时伺服控制.

六角GaM(M=S/Se/Te)的电子结构和力学性质的第一性原理计算

依据密度泛函理论(DFT)对层状六角P63/mmc结构的GaM(M=S/Se/Te)进行电子结构与弹性力学特性的模拟研究。优化后的P63/mmc-GaM(M=S/Se/Te)的晶格,与实验结果相吻合。采用HSE06泛函得到的带隙值比PBE得到的与实验值更接近。应变能-应变(E-S)和应力-应变(S-S)两种方法得到的P63/mmc-GaM(M=S/Se/Te)的单晶弹性常数都符合弹性力学稳定性准则。在更接近文献值的应力-应变(S-S)法基础上,对3种材料的多晶弹性模量等力学特性进行了后续分析。泊松比和B/G值表明,P63/mmc-GaM(M=S/Se/Te)显现出脆性。各向异性因子、杨氏模量E、剪切模量G及线性压缩系数β的三维立体图分别展示了材料的弹性各向异性程度。在零温零压下,P63/mmc-GaM(M=S/Se/Te)在[100]方向上的第一横向声速最大,在[001]方向上两个横波TA1和TA2的速度最慢。

腔量子电动力学与量子信息过程

本文简要介绍了实现量子信息的几种可能方案,特别是腔QED方案的背景、特点、主要困难和目前的进展,同时介绍了山西大学量子光学与光量子器件国家重点实验室在这方面的实验进展。

级联四波混频系统中纠缠增强的量子操控

各类系统中的纠缠操控是量子信息科学的重要问题之一.本文研究了热原子蒸气的级联四波混频过程中产生的纠缠增强及纠缠增强的相位敏感特性.研究表明,该级联四波混频过程第二级输出的探针光和共轭光的量子纠缠较第一级明显增强,最大可达5 dB以上,且随着强度因子的增大可实现完美纠缠.文中还详细讨论了量子关联类型及纠缠大小与抽运光相位、非线性强度因子之间的变化关系,结果显示,由于纠缠增强及纠缠类型对抽运光相位的敏感性,通过控制相位和强度因子可改变光场噪声特性从而实现对探针光和耦合光之间纠缠增强、纠缠度大小、纠缠类型的量子操控.该理论研究对实验实现纠缠增强及双模压缩态压缩角、压缩度的光学参量操控具有重要的指导意义.

测量带宽对量子鬼成像的影响

利用自发参量下转换产生的信号光与闲置光光子对的动量关联特性可以实现量子鬼成像,有限的测量带宽限制了量子鬼成像的物像空间范围。本文利用飞秒脉冲泵浦I类非共线匹配的自发参量下转换过程产生关联光子对,从量子鬼成像出发,分析了实验过程中测量带宽对量子鬼成像所造成的影响,指出量子鬼成像的结果将受到测量所使用的滤波器线型的影响。最后,文章给出了利用滤波器线型归一化的修正方法,并给出了归一化修正后的量子鬼成像实验结果。

单量子双能级系统和双态系统关联函数的研究

以具有简单三能级结构染料分子的单量子系统为研究对象,用带有边界条件的速率方程来反映低功率单色连续激光激励下单分子发射荧光的动力学过程.该方法可以通过时间分辨光子探测获得处理单分子动力学随机过程.研究给出了一种通过求解反映单量子系统动力学过程的物理量——延迟函数计算关联函数的方法,并给出了双能级系统和双态系统延迟函数和关联函数的具体表达式.研究表明,在实际测量中只要获得关联函数曲线,就可以通过数据拟合计算出分子跃迁的动力学参量.

四能级原子系统中量子相干增强的Kerr非线性效应的研究

应用密度矩阵方程计算了四能级原子系统中三阶非线性极化率随信号光和探针光频率失谐的变化关系。结果表明,由于量子干涉对信号光强度的敏感性,使四能级原子介质的交叉Kerr非线性作用大大增强,与三能级系统相比,四能级原子介质的Kerr非线性系数可增强两个数量级。

高速量子随机数产生中的实时并行后处理

针对目前串行量子随机数发生器方案中,量子模式提取的信号带宽与数据处理速率之间的权衡在实时产生速率方面造成了瓶颈,文章利用现场可编程门阵列(FPGA)对多个量子边带模式的并行托普利茨(Toeplitz)哈希实时后处理,研究分析了不同规模Toeplitz矩阵的逻辑资源占用,设计了两层并行流水线算法并进行了仿真验证,充分利用FPGA的并行处理优势和硬件资源,最终实现了实时速率8.24 Gbit/s的量子随机数安全后处理。仿真结果表明,量子随机数发生器的熵源具有较好的随机性,经后处理后的随机数自相关系数保持在10-4量级且能通过Diehard测试。通过与集成电路匹配并行提取多个量子边带模式,实现了一种可商业化的高鲁棒性、高速实时量子随机数发生器。

基于连续变量真空噪声量子随机数的高速产生

针对当前量子随机数产生技术无法满足通信领域中安全性和高速率的问题,文章提出了一种基于测量光场真空起伏产生量子真随机数的实验方案。与以往报道的实验方案所不同,文章理论分析,量子随机数生成系统中量子正交分量测量中本底光增益对原始随机数中相对量子熵含量的影响,在经典噪声完全被窃听方控制的最差情况假定下,采用量子条件最小熵量化评估原始随机数的随机性。基于理论分析实验中通过相对增强本底光强的同时控制电子学增益,经典电子噪声独立地放大真空噪声分量起伏,提高了系统中量子噪声引入的最小熵含量,同时,基于真空量子噪声是宽带高斯白噪声,有效提升频带提取带宽,提高量子熵源的利用率,在提高量子随机数生成系统安全性的同时提高了量子随机数的产生速率。实验结果表明,基于安全性信息论可证明的托普利茨-哈希(Toeplitz-hash)提取器,实现了6.7Gbit/s的量子随机数产生,同时利用Nist、Diehard和TestU01-SmallCrush3种随机数标准测试验证了该方案下生成的量子随机数的真随机性,为真空量子随机数发生器产生速率的提高提供了新的途径。

四能级Tripod-型原子系统中量子相干导致的交叉Kerr非线性效应

计算了四能级Tripod-型原子系统中探针光极化率随其频率失谐量的变化曲线。结果表明,当触发光作用于该系统的一个共振跃迁能级时,可使探针光的吸收和色散在其电磁感应透明(ElectromagneticallyInduced Transparency,EIT)窗口(由耦合光产生)处发生显著变化。随着触发光Rabi频率的增加,探针光在EIT窗口的吸收显著降低,色散显著增加。这种由触发光引起的探针光极化率的变化对应着三阶Kerr非线性光学效应,这一效应在偏振量子相位门中有着潜在的应用价值。

一维化学势调制的p波超导体中的拓扑量子相变

本文研究了一维公度势和非公度势调制下的p波超导量子线系统的拓扑相变.在公度势调制下,通过计算Z2拓扑不变量确定系统的相图,指出系统的拓扑相变强烈地依赖于调制参数α和相移δ.在非公度势调制下,以α=(√5-1)/2,δ=0为例,计算系统的低能激发谱、Z2拓扑不变量以及逆参与率等,发现p波配对强度△∈(0,0.33)时,系统存在拓扑非平庸超导相,拓扑平庸超导相和拓扑平庸局域相的转变.而当p波配对强度△>0.33时,系统存在拓扑非平庸超导相和拓扑平庸局域相的转变.

F43m-XP(X=B/Al/Ga/In)的电子结构和力学性质的理论研究

基于密度泛函理论(DFT)对第ⅢA族二元磷化物F43m-XP(X=B/Al/Ga/In)的电子结构和弹性力学特性进行模拟,探究原子半径的大小对其的影响。弛豫后F43m-XP(X=B/Al/Ga/In)的结构参数与实验数据相符。半导体材料F43m-XP(X=B/Al/Ga/In)的单晶独立弹性常数Cij由能量与应变(E-S)和应力与应变(S-S)两种方法。材料的多晶弹性模量表明在0GPa下,F43m-XP(X=B/Ga)为脆性共价化合物,而F43m-XP(X=Al/In)为韧性离子化合物。各向异性因子和不同方向上的弹性模量(E)、剪切模量(G)、线性压缩系数(β)及泊松比(σ)展示了材料的各向异性程度,F43m-In P相对于F43m-XP(X=B/Al/Ga)的各向异性较强。此外,F43m-XP(X=B/Al/Ga/In)的德拜温度和声速会随着原子半径的增大而减小。

基于量子纠缠的远程态制备研究进展(特邀)

基于远程分发的量子纠缠,远程态制备能够实现量子态的远程制备和操控,是实现量子态传输的一种重要方式。近年来,远程态制备取得了重要研究进展,相继实现了单量子比特、连续变量量子比特、压缩态、非高斯态和光学猫态的远程制备。本文简要介绍远程态制备的基本原理、离散变量和连续变量远程态制备的研究进展及其发展趋势。

双端腔Ⅱ类倍频产生四组份纠缠光场

量子纠缠是执行量子计算和构建量子通信网络的关键资源,制备与操控纠缠态光场是实现量子信息处理的基础要素.本文提出了利用双端光学腔倍频产生四组份纠缠态的理论模型,从耦合波方程出发得到Ⅱ类倍频过程的传输矩阵,通过腔内自再现方程和输入输出传输矩阵理论研究了输出的两束倍频光的噪声特性;对于两束倍频光和两束基频泵浦场,利用多组份纠缠光场的充分必要判据PPT方法(positivity under partial transposition criterion)分析了最小辛本征值与泵浦功率及分析频率之间的关系,研究结果表明基频泵浦光与倍频光之间存在四组份纠缠.

激光诱导击穿光谱实验装置的参数优化研究

为了使激光诱导击穿光谱(LIBS)实验装置中的多个关键参数达到最优化设置,以便更好地服务于煤质分析,实验中对这些参数与煤粉等离子体中待测元素发射谱线信噪比间的关系进行了详细研究,并根据信噪比大小来进行最优化参数的选择。实验结果表明,对于本LIBS实验装置,其最优化参数设置是将激光脉冲能量设为120 mJ.Pulse-1,光谱仪的曝光延迟时间设为200 ns,激光聚焦点位于样品表面以下3～5mm,样品池转速设为2.7 r.min-1,并在激光出射光路中放置中心频率为1 064 nm的窄带滤波片和中心孔径为1.5 mm的光阑。优化后的LIBS实验装置对煤粉中C元素测量的标准偏差(SD)由6.7%降至1.6%,对其他微量元素测量的相对标准偏差(RSD)由28%降至10%,测量精度得到了较大提高。

基于红外光谱吸收原理的红外瓦斯传感器的实验

针对目前传统瓦斯传感器的缺点,借鉴现有的红外气体分析器的设计思路,研制了基于红外光谱吸收原理的红外瓦斯传感器.它采用开腔气室结构及单光束双波长探测技术,在实验室里通过对不同浓度的甲烷气体进行测量得到了其浓度反演式.在实验测量中,当瓦斯浓度小于22%时,误差为0.1%;当瓦斯浓度超过22%时,误差小于1%.

光后向散射法测烟尘浓度的实验研究

设计了一套具有高灵敏度的利用光后向散射法测烟尘浓度的装置,不仅具有实时、在线、连续测量等优点,而且价格低廉、便于安装·通过理论分析获得散射光强与烟尘浓度的关系,并通过自行设计的测量装置测量了不同烟尘浓度下的散射光强,验证了理论的正确性并获得了描述后向散射光强的电信号强度与烟尘质量浓度关系的曲线·实验结果证明在烟尘浓度较低时,后向散射光强与烟尘浓度有很好的线性关系·

硅雪崩二极管光子辐射特性的实验研究

利用计数统计测量的方法,对工作在击穿状态下的硅雪崩光电二极管(APD)光子辐射的暂态特性以及计数统计特性进行了实验研究将APD辐射光子的计数统计曲线与相应Poisson、热光场进行比较。