连续变量量子纠缠操控的理论与实验研究

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量子信息是当今一个重要的研究课题,它利用量子纠缠来完成信息的传送和处理,为人们提供了发展更安全的通信和更快速计算的新途径。目前,纠缠态光场已经被广泛应用于量子离物传态,量子纠缠交换,量子密集编码,量子密钥分发,量子网络以及量子计算等领域。为了实现高保真度的量子信息传输和处理,需要首先获得高纠缠度的纠缠态光场。利用量子操控的办法是提高纠缠态光场纠缠度的一个有效手段。多组份纠缠态光场是构建量子网络和量子计算的关键。随着量子信息科学应用的发展,由多于两个子系统构成的连续变量纠缠态光场的研究引起人们的广泛关注。为此,我们分别对利用相敏放大器以及相干反馈控制实现两组份及多组份纠缠态光场的纠缠增强进行了实验和理论研究。同时,为了构建完善的量子信息网络,必须探索量子信息的存储方法,所以我们也实验制备了与铷原子吸收线相对应的压缩态光场,为下一步研究量子态的原子存储提供量子资源。本论文的主要研究内容为:1.利用由三个工作在阈值以下的NOPA实验实现了连续变量量子纠缠级联增强。其中,第一个NOPA用于产生初始EPR纠缠态光场,第二个和第三个NOPA用于实现EPR纠缠态光场的纠缠增强。EPR纠缠态光场的纠缠度由初始的-5.3dB提高到-8.1dB,达到当前实验获得的EPR纠缠态光场的最高纠缠度。2.理论上提出了利用相干反馈控制实现对多组份纠缠态光场的纠缠增强方案。基于利用单个NOPA可以产生不同频率的多组份纠缠态光场,设计了通过相干反馈控制环路将部分NOPA输出的多组份纠缠态光场反馈回NOPA作为它的注入光场,从而实现纠缠增强的可行方案。3.在考虑声子噪声影响的情况下,通过理论计算研究了利用波长为795nm的相干光作为NOPO的泵浦光场在常温下产生波长分别与铷原子吸收线及光纤通信窗口对应的三色纠缠态光场的方案。4.实验上制备了波长为795nm的压缩度为-2.5dB的压缩态光场。上述工作中的创新之处为:1.实验上实现了利用三个串接的NOPA对连续变量EPR纠缠的级联增强,得到了纠缠度为-8.1dB的EPR纠缠态光场,达到当前国际最好指标。2.理论上提出了利用相干反馈控制实现对单个NOPA产生的多组份纠缠态光场的纠缠增强方案,计算了系统的最佳转运条件,为实验设计提供了直接参考。3.在考虑声子噪声影响的情况下,理论上设计了利用单个NOPO在常温下获得与铷原子吸收线及光纤通信窗口对应的三色三组份纠缠态的方案。
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