基于空间复用型四波混频过程的量子网络调控研究

来源 :华东师范大学 | 被引量 : 1次 | 上传用户:QiuWK
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近年来,量子信息领域发展迅速,而量子光源是实现量子信息不可或缺的关键资源。其可以用于实现量子通信、量子计算以及量子精密测量等方面。提升量子光源性能主要有三个方面,即量子光源的量子关联特性、通道容量和光束数量。量子关联特性直接决定了量子通信的保真度,而光束数量以及通道容量共同决定了量子光源的尺度,进一步决定量子通信的复杂度和信息容量。在利用增加光束数量来提升量子光源尺度方面,传统的产生方式需要很复杂的光学分束系统,严重限制了方案的可扩展性。目前国际上最新的研究趋势是利用复用的概念将多个非线性过程集成到一个简单的装置。我们利用空间复用的概念将七个四波混频过程集成在一个铷原子池中,实现了多光束的纠缠。本论文将从以下三方面介绍我博士期间利用四波混频过程在提高量子关联特性和光束数量方面所做的工作:1.基于热铷原子中的四波混频过程,我们实验上产生了两束孪生光束,并且利用平衡零拍探测技术测量了输出光束的协方差矩阵。实验上我们利用Duan判据和部分转置正定判据判断了产生的孪生光束的纠缠特性,并且研究了不同实验参数(单光子失谐、双光子失谐、池子温度)对于纠缠特性的影响,找到最佳的实验参数。2.在进行远距离量子通信过程中,纠缠光束会不可避免的与环境发生相互作用,导致纠缠度的降低。我们利用两种不同的损耗方法模拟环境对纠缠的影响。一种是利用二分之一波片和偏振分束棱镜模拟光的传输损耗,发现纠缠在不同的损耗情况下一直存在。另一种是利用刀片切割的方法模拟光的传输损耗,发现纠缠会随着损耗的增大而消失,出现纠缠死亡的现象。3.利用空间复用四波混频的概念,我们在单个原子系综内集成了七个四波混频过程,巧妙地“编织”出了一个高度集成的四波混频网络,从而产生了空间分离的六光束纠缠态。同时发现系统的纠缠结构可以通过“裁剪”泵浦光源的特性来实现灵活多样的重新配置。这种纠缠结构的可重新配置性使为一个特定的量子通信任务实时产生其所需的多体纠缠态成为可能。我们的结果提供了一种新的产生大尺度空间分离且重构的多体纠缠平台。
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