倍頻過(guò)程中的級(jí)聯(lián)糾纏.pdf

1、自從薛定諤將糾纏現(xiàn)象定義為“量子力學(xué)的代表特征”,歷代物理學(xué)家不斷投入大量的精力對(duì)其進(jìn)行探索研究,事實(shí)表明,量子糾纏態(tài)對(duì)量子通訊、量子測(cè)量、量子計(jì)算以及量子網(wǎng)絡(luò)等領(lǐng)域的飛速發(fā)展起到了極其重要的推動(dòng)作用。糾纏態(tài)可分為分離變量和連續(xù)變量?jī)纱箢?相比前者,連續(xù)變量量子糾纏以其功率高、易操作的優(yōu)勢(shì)在量子密集編碼和量子克隆等領(lǐng)域具有很好的實(shí)用性而備受關(guān)注。特別是連續(xù)變量多色多組份糾纏態(tài),由于其具有不同頻率的不可分性,不僅在量子密鑰分發(fā)、量子離物傳

2、態(tài)等量子信息協(xié)議中有著重要的應(yīng)用價(jià)值,而且還是量子網(wǎng)絡(luò)中不同節(jié)點(diǎn)間實(shí)現(xiàn)信息存儲(chǔ)、編碼和傳遞的紐帶,因此,如何獲得多色多組份糾纏光源是目前非常值得關(guān)注的研究熱點(diǎn)。本文以級(jí)聯(lián)非線性物理系統(tǒng)為主要模型,從理論上研究了連續(xù)變量多組份量子糾纏態(tài)的產(chǎn)生過(guò)程。以量子朗之萬(wàn)運(yùn)動(dòng)方程為出發(fā)點(diǎn),計(jì)算了級(jí)聯(lián)非線性系統(tǒng)輸出場(chǎng)的穩(wěn)態(tài)解和正交分量的量子起伏,進(jìn)而給出了糾纏度隨歸一化分析頻率、泵浦參量以及諧波損耗參數(shù)等實(shí)驗(yàn)參數(shù)的變化關(guān)系,并從中得出級(jí)聯(lián)非線性系統(tǒng)可以

3、產(chǎn)生連續(xù)變量多色多組份糾纏的結(jié)論。
　　本文的研究工作是以利用級(jí)聯(lián)非線性系統(tǒng)獲得連續(xù)變量量子糾纏為核心內(nèi)容展開(kāi)的,其主要工作如下:
　　(1)通過(guò)外腔II類倍頻級(jí)聯(lián)I類倍頻系統(tǒng)產(chǎn)生三色四組份糾纏態(tài)。此方案用到了兩個(gè)級(jí)聯(lián)的倍頻腔,與僅通過(guò)一個(gè)腔中的非線性過(guò)程產(chǎn)生糾纏光的方法不同,我們將兩塊非線性晶體分別放在兩個(gè)不同的倍頻腔中,通過(guò)獨(dú)立操控兩個(gè)倍頻腔來(lái)實(shí)現(xiàn)兩個(gè)腔的級(jí)聯(lián),從而得到三色四組份糾纏光束。由于現(xiàn)階段倍頻技術(shù)已比較成熟,因

4、此在實(shí)驗(yàn)上單獨(dú)操控兩個(gè)倍頻腔也比較容易實(shí)現(xiàn)。這種類型的四組份糾纏光源適用于量子信息存儲(chǔ)和處理,跨越了不同波長(zhǎng)的光學(xué)系統(tǒng)之間的鴻溝,在具有不同頻率的光纖通信窗口和多層次的原子系統(tǒng)之間起到了橋梁作用。
　　(2)通過(guò)外腔I類倍頻級(jí)聯(lián)I類倍頻系統(tǒng)產(chǎn)生三色三組份糾纏態(tài)。在前文的基礎(chǔ)上將系統(tǒng)進(jìn)行簡(jiǎn)化,利用兩個(gè)級(jí)聯(lián)的I類倍頻腔產(chǎn)生糾纏光場(chǎng)。仍舊延續(xù)級(jí)聯(lián)的思想,將第一個(gè)I類倍頻腔的輸出倍頻場(chǎng)作為第二個(gè)I類倍頻腔的輸入泵浦場(chǎng),通過(guò)級(jí)聯(lián)過(guò)程實(shí)現(xiàn)糾纏

5、的傳遞,在理論上得到了糾纏度較好的三色三組份糾纏態(tài)。此方案產(chǎn)生的寬頻三色三組份糾纏光源可以把不同頻帶的物理系統(tǒng)聯(lián)系到一起,在量子密碼學(xué)和量子網(wǎng)絡(luò)等方面具有較高的潛在應(yīng)用價(jià)值。
　　(3)通過(guò)外腔OPO級(jí)聯(lián)I類倍頻系統(tǒng)產(chǎn)生四色四組份糾纏態(tài)。以級(jí)聯(lián)系統(tǒng)作為核心思想,將系統(tǒng)進(jìn)行合理地延伸與改進(jìn)。眾所周知,光學(xué)參量過(guò)程是產(chǎn)生明亮非經(jīng)典光場(chǎng)的有效途徑之一,由于其較好的可調(diào)諧性常常被用來(lái)產(chǎn)生糾纏光場(chǎng)。而且倍頻過(guò)程中的基頻場(chǎng)與諧波場(chǎng)也是很好的糾