連續(xù)變量糾纏態(tài)的制備及其性質(zhì)的理論研究.pdf

1、糾纏反映的是一個多體量子系統(tǒng)中各子系統(tǒng)之間所存在的非局域的量子關(guān)聯(lián)，它是量子力學(xué)有別于經(jīng)典力學(xué)的基本概念。近年來有關(guān)連續(xù)變量糾纏態(tài)的制備及其在量子信息處理中的應(yīng)用是量子光學(xué)和量子信息科學(xué)的前沿研究領(lǐng)域。這不僅是因為對于連續(xù)變量糾纏態(tài)性質(zhì)的研究可以用于驗證量子力學(xué)的基本原理，而且還由于連續(xù)變量糾纏態(tài)是量子信息處理的基本資源，因此如何制備連續(xù)變量糾纏態(tài)受到人們的廣泛關(guān)注。另一方面，由于體系與周圍的環(huán)境的相互作用而導(dǎo)致的退相干的影響，使得所制

2、備的糾纏態(tài)十分脆弱而難于保存。因此，基于現(xiàn)有的實驗條件和技術(shù)，如何制備出抗環(huán)境干擾能力強(qiáng)、穩(wěn)定的、高糾纏度的糾纏源是人們感興趣的問題之一。 本文研究了與壓縮真空庫耦合的光腔中量子點中激子問的糾纏。首先，本文討論與單模壓縮庫耦合的單模腔中單個量子點中激子和腔場模的性質(zhì)。分析發(fā)現(xiàn)，由于激子和腔場間的線性耦合，使得二者形成量子態(tài)交換，這樣腔場將其壓縮傳遞給激子模，從而使得初態(tài)為真空的激子模形成壓縮；由于輸入非經(jīng)典的壓縮光，線性耦合的激

3、子和腔場可以形成糾纏，且糾纏的性質(zhì)依賴于輸入壓縮場的性質(zhì)。以此為基礎(chǔ)，本文分別討論了與雙模壓縮真空庫耦合的兩單模腔中兩量子點中激子間的糾纏，以及與單模壓縮真空庫耦合的單模腔中多量子點中激子間的糾纏行為。分析發(fā)現(xiàn)，在不考慮系統(tǒng)衰減的情況下，激子間的糾纏性質(zhì)依賴于腔場初始所處于的壓縮真空態(tài)；在考慮系統(tǒng)衰減的情況下，激子間穩(wěn)態(tài)的糾纏只依賴于外加壓縮庫的壓縮性質(zhì)。這里，本文解析證明了對于線性混合系統(tǒng)，非經(jīng)典性的輸入是系統(tǒng)間形成糾纏的必要條件。

4、 接下來本文討論了利用非線性光學(xué)過程產(chǎn)生高糾纏度的明亮糾纏光。首先討論利用級聯(lián)三能級原子關(guān)聯(lián)發(fā)射激光來制備高強(qiáng)度的糾纏光。分析發(fā)現(xiàn)，當(dāng)系統(tǒng)工作在閾值以上時，在短時區(qū)域內(nèi)能夠產(chǎn)生光強(qiáng)較大的糾纏光場；在強(qiáng)激光驅(qū)動場條件下，系統(tǒng)等效于非簡并的光學(xué)參量下轉(zhuǎn)換，腔中的最大的雙模壓縮只能到達(dá)真空漲落的50％，并且腔場處于混合的糾纏態(tài)。基于此事實，本文研究了通過量子反饋來提高非簡并光學(xué)參量下轉(zhuǎn)換在腔中產(chǎn)生的糾纏以及糾纏態(tài)的純度。分析發(fā)現(xiàn)，對于非

5、鎖相的非簡并參量下轉(zhuǎn)換，反饋可以使腔場處于純的最大糾纏態(tài)；而在鎖相的情況下，反饋可以有效的提高腔場的糾纏，雙模壓縮以及腔場態(tài)的純度。本文也討論了利用光腔中 Kerr 非線性耦合器來制備三模完全不可分的高強(qiáng)度的糾纏光。通過對系統(tǒng)線性化處理，發(fā)現(xiàn)此系統(tǒng)可以產(chǎn)生高強(qiáng)度的糾纏光。最后本文研究了利用光腔中囚禁的二能級離子來相干制備糾纏光源。首先討論在激光場與原子共振躍遷頻率大失諧的情況下，通過絕熱消除離子激發(fā)態(tài)，得到了兩腔場模與聲子模分別形成類似