倍頻過程中的級聯(lián)糾纏.pdf

1、自從薛定諤將糾纏現(xiàn)象定義為“量子力學的代表特征”,歷代物理學家不斷投入大量的精力對其進行探索研究,事實表明,量子糾纏態(tài)對量子通訊、量子測量、量子計算以及量子網(wǎng)絡等領域的飛速發(fā)展起到了極其重要的推動作用。糾纏態(tài)可分為分離變量和連續(xù)變量兩大類,相比前者,連續(xù)變量量子糾纏以其功率高、易操作的優(yōu)勢在量子密集編碼和量子克隆等領域具有很好的實用性而備受關注。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)議中有著重要的應用價值,而且還是量子網(wǎng)絡中不同節(jié)點間實現(xiàn)信息存儲、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注的研究熱點。本文以級聯(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)的產生過程。以量子朗之萬運動方程為出發(fā)點,計算了級聯(lián)非線性系統(tǒng)輸出場的穩(wěn)態(tài)解和正交分量的量子起伏,進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)等實驗參數(shù)的變化關系,并從中得出級聯(lián)非線性系統(tǒng)可以

3、產生連續(xù)變量多色多組份糾纏的結論。
　　本文的研究工作是以利用級聯(lián)非線性系統(tǒng)獲得連續(xù)變量量子糾纏為核心內容展開的,其主要工作如下:
　　(1)通過外腔II類倍頻級聯(lián)I類倍頻系統(tǒng)產生三色四組份糾纏態(tài)。此方案用到了兩個級聯(lián)的倍頻腔,與僅通過一個腔中的非線性過程產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不同的倍頻腔中,通過獨立操控兩個倍頻腔來實現(xiàn)兩個腔的級聯(lián),從而得到三色四組份糾纏光束。由于現(xiàn)階段倍頻技術已比較成熟,因

4、此在實驗上單獨操控兩個倍頻腔也比較容易實現(xiàn)。這種類型的四組份糾纏光源適用于量子信息存儲和處理,跨越了不同波長的光學系統(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)通過外腔I類倍頻級聯(lián)I類倍頻系統(tǒng)產生三色三組份糾纏態(tài)。在前文的基礎上將系統(tǒng)進行簡化,利用兩個級聯(lián)的I類倍頻腔產生糾纏光場。仍舊延續(xù)級聯(lián)的思想,將第一個I類倍頻腔的輸出倍頻場作為第二個I類倍頻腔的輸入泵浦場,通過級聯(lián)過程實現(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,在量子密碼學和量子網(wǎng)絡等方面具有較高的潛在應用價值。
　　(3)通過外腔OPO級聯(lián)I類倍頻系統(tǒng)產生四色四組份糾纏態(tài)。以級聯(lián)系統(tǒng)作為核心思想,將系統(tǒng)進行合理地延伸與改進。眾所周知,光學參量過程是產生明亮非經(jīng)典光場的有效途徑之一,由于其較好的可調諧性常常被用來產生糾纏光場。而且倍頻過程中的基頻場與諧波場也是很好的糾