光学参量过程的量子特性与量子测量研究
【摘要】：在近二十年蓬勃发展起来的量子信息科学中,以非经典光场为研究对象的量子光学,以其研究对象的独特性倍受物理学家的关注,得到了飞速的发展。
理论和实验证明,包括压缩真空场、强度量子关联光场、光子数压缩态光场、量子纠缠态光场等在内的非经典光场,在量子测量和量子通讯中发挥着重要的作用。
被广泛应用在量子离物传态、量子非破坏测量、量子密集编码、量子纠缠交换等研究领域中。
量子信息处理系统按所利用的量子变量的本征态具有分离谱或是连续谱结构,划分为分离变量与连续变量两大类。
由二维或一般而言由可数维Hilbert空间表征的量子变量,称为分离变量。
由无限维Hilbert 空间表征的具有连续谱的量子变量称为连续变量。
连续变量和分离变量量子信息各具特色,有着不同应用前景。
量子信息科学的研究一般是从分离变量开始,随后被引入到连续变量领域。
对非经典光场尤其对量子纠缠态光场的制备与操控是量子信息科学中的一个重要课题,它不仅可用于检验量子力学基本原理,同时为实现量子测量与量子通信提供了重要的物理基础。
应用纠缠人们可以完成经典物理不可能完成的量子测量与量子通讯领域的研究工作。
进行多组份纠缠态光场的研究在建立量子通讯网络工作中显得尤为重要。
利用多组份纠缠可以开展量子态的离物传态、可控量子克隆、可控密集编码及不同量子节点之间的量子信息传输等方面的工作。
并且在量子信息领域逐渐发挥其更重要的作用本文的研究工作是以连续变量量子纠缠态的制备与
测量为主要工具展开的,其主要内容如下:1.综述了产生压缩态和纠缠态光场的物理过程,并分别对阈值以下产生的耦合模压缩也即双模量子纠缠和阈值以上产生的孪生光束强度差进行了介绍。
2.阐述了利用两对完全独立的孪生光束进行强度量子关联传递的实验原理;实验上使得两束完全独立且不同频率的光束产生了强度量子关联,完成了两对完全独立的孪生光束间的关联传递。
3.实验探测了运转于阈值之上的非简并光学参量振荡腔产生的孪生光束在时域内的关联特性。
4.提出了利用二次谐波过程产生连续变量三组份纠缠光场的理论方案,利用三组份纠缠态不可分判据在理论上证明了两个反射基频场与产生的倍频场间的三组份纠缠,分析了阈值以下及阈值以上的三组份纠缠特性,讨论了纠缠度与腔的归一化频率及泵浦参数的关系。
5.采用半经典方法讨论了经过调制以后的相干光场的特性,实验上采用时域平衡零拍探测技术,通过量子层析术,获得了加调制的相干光场的Wigner 函数,利用数据采集和计算机数据处理的方法,进行了量子态的重构。
在这些研究工作中,属创新性的工作有:1.对运转于阈值以上的非简并光学参量振荡腔产生的孪生光束进行了时域内强度量子关联的测量。
2.在理论上提出了利用二次谐波过程产生连续变量双色三组份纠缠态的方案,得到的输出光场具有不同的波长,并且分析了其实验可行性。
3.对加调制的相干光场进行了量子态的重构,通过解调使调制信号从重构的Wigner函数中体现出来。
【关键词】：光学参量振荡器孪生光束连续变量三组份纠缠态二类倍频
【学位授予单位】：山西大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2009
【分类号】：O431.2
【目录】：目录4-7Contents7-9中文摘要9-11Abstract11-13第一章绪论13-251.1引言13-141.2光场的压缩14-171.2.1压缩特性14-161.2.2压缩态光场的应用16-171.3量子纠缠17-221.3.1纠缠17-181.3.2连续变量EPR纠缠态18-201.3.3连续变量多组份纠缠态20-211.3.4纠缠态的应用21-221.4本文的主要工作22-25第二章非简并光学参量振荡器及其非经典特性研究25-432.1引言252.2NOPO腔的理论25-382.2.1光场的正交分量及其归一化噪声功率谱25-282.2.2NOPO腔的量子朗之万方程及稳态解28-312.2.3阈值以下NOPO输出场的非经典特性31-342.2.4阈值以上NOPO产生的孪生光束的非经典特性34-382.3NOPO产生非经典光场的探测38-412.3.1NOPO腔产生双模压缩真空态的探测38-392.3.2孪生光束强度差压缩的探测39-412.4本章小结41-43第三章强度量子关联孪生光束的产生与关联传递43-593.1引言43-443.2孪生光束的产生44-473.3利用孪生光束进行强度量子关联传递47-543.3.1强度量子关联传递的理论47-523.3.2强度量子关联传递的实验52-543.4利用孪生光束进行时域内关联的测量54-573.5本章小结57-59第四章连续变量双色三组份纠缠态的产生
59-774.1引言59-604.2三共振Ⅱ类倍频过程的非经典特性60-694.2.1Ⅱ类倍频的朗之万方程及其稳态解61-644.2.2反射泵浦场与倍频场的正交分量噪声谱64-664.2.3反射泵浦场的压缩与倍频场的压缩66-694.3三组份纠缠光场的判定及噪声关联谱69-734.3.1阈值以下70-714.3.2阈值以上71-734.4实验可行性分析与设计73-744.5本章小结74-77第五章相位调制相干态的测量与重构77-935.1引言77-785.2量子力学的相空间理论及WIGNER函数78-845.2.1相空间中光场量子态的描述78-795.2.2Wigner函数79-845.3单模场的零拍探测层析术84-865.4对相位调制相干光进行量子态的重构86-915.4.1对相干光场进行相位调制的理论分析86-895.4.2对相干光场进行相位调制的实验89-915.5本章小结91-93总结与展望93-95参考文献95-109博士期间已发表的期刊论文109-111致谢111-115个人简况及联系方式115 本论文购买请联系页眉网站。