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利用声-光调制器传送光子的频率纠缠态(英文)

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光电子．激光 2003年第6期14卷 643-646页

作者：杨雄向绍华宋克慧怀化学院物理系湖南怀化418008

提出一个基于声光调制器(AOM)原理传送光子频率纠缠态并具有25%的成功率的方案。该方案的优点是不需要进行Bell态的测量,也不需要进行任何幺正变换。

关键词：声-光调制器 AOM 量子隐形传态频率纠缠光子传送

基于双周期极化钛扩散铌酸锂波导的频率纠缠光子对的制备

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基于双周期极化钛扩散铌酸锂波导的频率纠缠光子对的制备

作者：武素衡南京大学

学位级别：硕士

量子力学是现代物理学最重要的基石,可以解释很多经典物理无法解释的现象。量子信息学是量子力学和信息学的结合,以量子比特为基本信息单元,主要包括量子通信和量子计算等领域,近年来已取得了令人瞩目的成就。量子纠缠是量子信息的核心... 详细信息

量子力学是现代物理学最重要的基石,可以解释很多经典物理无法解释的现象。量子信息学是量子力学和信息学的结合,以量子比特为基本信息单元,主要包括量子通信和量子计算等领域,近年来已取得了令人瞩目的成就。量子纠缠是量子信息的核心资源,在多种量子信息任务中有广泛应用,包括量子密钥分发、量子隐形传态、量子计算、量子度量等。我们可以预见的是,在不远的未来,大规模集成化的基于量子纠缠的量子信息处理必将会得到更为广泛的应用。集成光量子信息技术近年来发展迅速,其目标是将量子态的制备、操控与测量这一系列复杂庞大的空间光路集成在一块数平方厘米甚至更小的光子芯片上,这样就能够保证量子信息处理过程更为稳定、方便扩展。但是目前大部分报道的光子芯片都是无源的,需要在片外提供量子光源,如何制备出高效的集成化量子纠缠光源就成为了我们的研究重点。光学超晶格是目前产生纠缠光子的常用材料,通过对超晶格的畴结构进行设计,使自发参量下转换过程满足准相位匹配条件,能够高效的产生纠缠光子对。周期性极化的铌酸锂（PPLN）晶体具有较高的非线性系数,集成和加工工艺成熟,是一种理想的非线性材料。PPLN波导能够将泵浦光和参量光很好地束缚起来,参量光子产率高,能够很好的满足集成纠缠光子源的要求。由于自发参量下转换产生的纠缠光子满足动量守恒和能量守恒,在偏振、频率和路径等自由度上都可以构成纠缠态。其中频率自由度可以提供一个高维易于扩展的希尔伯特空间,可以有效提高量子信息编码容量。因此研究频率纠缠光子对的制备具有重要的意义和应用前景。本论文的主要内容包括以下几个方面:1.在绪论部分简要介绍量子信息的相关背景知识,并计算了非线性晶体自发参量下转换过程以及所需要满足的匹配条件,最后介绍了相关的研究进展。2.光子干涉是由光子的不可区分性引起的,本文从线性光学元件出发介绍了单光子和多光子干涉的基本原理。3.铌酸锂是最常用的非线性晶体,我们简介了PPLN波导的制备工艺以及铌酸锂的非线性效应,并且理论计算了自发参量下转换产生的频率纠缠光子HongOu-Mandel（HOM）拍频干涉的干涉图样。4.我们基于铌酸锂晶体的自发参量下转换过程,设计并在实验上实现了利用双周期极化的钛扩散铌酸锂波导来制备集成化的频率纠缠光子对。双周期极化的铌酸锂波导能够提供两个不同的倒格矢,这样就能保证两个自发参量下转换过程的同时产生,无需借助干涉或后选择的方法,就能够在单激光泵浦的条件下直接产生双光子频率纠缠对。通过Hong-Ou-Mandel拍频干涉的刻画,我们验证了制备的频率纠缠光子对具有高的保真度和纠缠度。我们的工作开辟了一种新的制备集成化频率纠缠光子对的方法,有望用于有源光子芯片。

关键词：铌酸锂波导准相位匹配光子芯片频率纠缠 Hong-Ou-Mandel干涉

铌酸锂光量子芯片中宽调谐高品质纠缠光子产生

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铌酸锂光量子芯片中宽调谐高品质纠缠光子产生

作者：端家晨南京大学

学位级别：硕士

量子集成光学近年来发展迅速,已经成为量子光学和量子信息技术的一个重要发展方向。相比于体块量子光学,量子集成光学具有体积小、稳定性高、操控性强、可重构等特点。铌酸锂作为最重要的非线性光学材料之一,被广泛用于量子光源的制备... 详细信息

量子集成光学近年来发展迅速,已经成为量子光学和量子信息技术的一个重要发展方向。相比于体块量子光学,量子集成光学具有体积小、稳定性高、操控性强、可重构等特点。铌酸锂作为最重要的非线性光学材料之一,被广泛用于量子光源的制备和量子态的高速调控。随着微加工技术的引入,铌酸锂已经成为量子集成光学的重要平台,能够实现多种自由度编码的单片集成的纠缠光源。但是,一般的片上纠缠光源的波长调谐范围有限,不能适应外部光路器件工作波长以及不同应用场景的要求,并且由于微加工技术的误差,基于铌酸锂波导的片上量子光源的品质如纠缠度还有待提高。近几年,铌酸锂薄膜迅速发展成为一个新的材料体系,而对它的研究目前绝大多数是在经典的非线性光学范畴,它在量子光学领域的应用还有待深入的探索和研究。本论文一方面致力于传统的质子交换铌酸锂波导芯片,研制了高品质的波长宽调谐的路径和频率纠缠光源,另一方面,研究了铌酸锂薄膜波导的色散特性,提出偏振纠缠源的新的制备方案。本文取得的主要研究结果如下1.理论分析了由不平衡分束器构成的Mach-Zehnder interferometer（MZI）的传输特性。我们通过对MZI传输矩阵进行分析,得到MZI可以等效为一个精确50:50分束器的理论条件和适用范围。我们还分析计算了波长简并和非简并的双光子NOON态在MZI中的量子干涉,得到了高品质路径纠缠和频率纠缠的产生条件。2.制备了波长宽调谐的高品质的路径和频率纠缠光子对。在质子交换铌酸锂波导芯片上,采用MZI干涉仪作为分束比精确可控的分束器,实现了高对比度的双光子干涉。同时采用级联的多周期极化结构,扩展了光子对的波长,制备出了波长可调谐的路径纠缠光子对。由于电光效应控制MZI的分束比在不同波长下都能精确达到理想分束比,以及该MZI中补偿电压关于中心波长对称,基于该芯片我们也制备了波长可调谐的频率纠缠光子对。我们用Hong-Ou-Mandel（HOM）干涉对制备的全同光子对和频率纠缠光子对进行了表征。3.提出基于单周期的反向传输偏振纠缠源的设计方案。绝缘体上的铌酸锂薄膜（LNOI）能够被加工成强束缚波导,通过设计波导横截面来调控强束缚波导的色散,我们在单直波导中设计得到了交叉的TM00和TE00的折射率色散曲线,这类色散曲线可以天然的同时实现两个不同的反向参量下转换过程的准相位匹配,能够直接制备出偏振纠缠源。我们还分析了实验可行性即微纳加工对这类偏振纠缠源的影响。

关键词：光量子芯片铌酸锂波导准相位匹配路径纠缠频率纠缠偏振纠缠 HOM干涉

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光量子芯片上几类纠缠态的制备与应用

光量子芯片上几类纠缠态的制备与应用

作者：于馨瑶国防科技大学

学位级别：硕士

量子纠缠是量子系统所特有的性质,是新兴量子信息科学中许多新技术和应用的核心所在。多粒子纠缠态深刻揭示了量子力学的奥妙,是量子计算、量子通信和量子计量学的基础,是量子信息系统走向规模化和实用化的关键资源。近年来,光量子系统... 详细信息

量子纠缠是量子系统所特有的性质,是新兴量子信息科学中许多新技术和应用的核心所在。多粒子纠缠态深刻揭示了量子力学的奥妙,是量子计算、量子通信和量子计量学的基础,是量子信息系统走向规模化和实用化的关键资源。近年来,光量子系统因其具有高传输速率、长相干时间、自由度丰富等优势而作为重要的研究对象和量子信息实现载体,得到了极大发展。光量子系统又分为体块光学和集成光学。体块光学中,光子编码方式丰富且较为成熟,偏振就是其中一种最常用的光子编码模式,能支持长距离的自由空间传输。然而,光子在芯片上传播时不同偏振的时间走离较大,从而导致量子态的失真。因此,找到片上更为合适和多样的自由度成为了亟待解决的问题。并且,与体块光学相比,集成光子体系可扩展性强,稳定性高,并且可编程、可重构从而完成多样的量子信息处理任务。基于此,本论文聚焦如何在光量子芯片上实现不同类型的光子编码方式,并基于不同的编码方式实现纠缠态产生以及应用设计。主要完成了以下三个方面的工作:1、设计了一种基于路径编码的粒子数最大纠缠态的片上制备方案。该方案提出将两个频谱解关联的简并量子光源和干涉光路集成到同一个光量子芯片上,通过控制干涉光路,得到了预知的三光子和四光子路径纠缠NOON态,并展示了其在量子精密测量及传感领域的超灵敏度和超分辨率。2、设计了一种基于频率编码的可调控的量子纠缠源。该方案将两个非简并光子对的产生和干涉光路集成,通过片上相位的调节模拟玻色子和费米子的统计特性。并给出了不同统计特性的粒子所具有的量子漫步特性及其在图搜索算法中的应用设计。3、设计了片上time-bin纠缠的产生方案,并针对现有的量子密钥分发的模式和技术进行研究,提出了片上集成的发送端及测量设备的改进及替代方案。有望在不使用中继的情况下,对通信距离等性能进行提升,并提高通信的稳定性。

关键词：光量子芯片路径纠缠频率纠缠 time-bin纠缠量子信息技术

SPDC中双光子联合频谱操控及剩余泵浦光滤除特性研究

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SPDC中双光子联合频谱操控及剩余泵浦光滤除特性研究

作者：白云中国科学院研究生院（国家授时中心）

学位级别：硕士

量子时间同步技术是目前理论精度最高的时间同步技术。而要实现这种高精度时间同步技术，首先最重要的便是获得良好的量子频率纠缠源。研究表明，量子频率纠缠源的频率纠缠特性与量子态联合频谱密切相关，而量子态的联合频谱是由频率纠... 详细信息

量子时间同步技术是目前理论精度最高的时间同步技术。而要实现这种高精度时间同步技术，首先最重要的便是获得良好的量子频率纠缠源。研究表明，量子频率纠缠源的频率纠缠特性与量子态联合频谱密切相关，而量子态的联合频谱是由频率纠缠态的产生源、产生过程、产生方式和探测方法等决定的。因此，研究影响量子态联合频谱的物理因素并通过对这些物理参量的操控，有助于我们获得特定频率纠缠特性的频率纠缠源。同时，探索并寻求更好的理论和方法用以优化量子时间同步频率纠缠源也成为其关键。本文从频率纠缠光源的产生机理和方法出发，研究并讨论了自发参量下转换（Spontaneous Parametric Down-Conversion, SPDC）过程中泵浦光空间分布、非线性晶体长度、下转换光出射角度和其收集半径等物理参量对频率纠缠光源纠缠特性的影响，同时分析了滤波片对剩余脉冲泵浦光的滤除效率并进行了实验验证。具体而言包括两大部分。首先，从泵浦光的空间分布特性出发，结合晶体长度、下转换光出射角度与光束收集半径等物理参量，理论分析了各项物理参量对频率纠缠光源纠缠特性的影响。分析结果表明，利用空间到频谱映射（Spatial-to-Spectral Mapping）技术，通过调整和改变某些关键物理参数，可以有效地制备具有特定频率纠缠特性的频率纠缠光源。其次，以788nm宽带脉冲泵浦光经自发参量下转换过程为例，从宽带脉冲泵浦光的光谱分布及滤光片滤光特性参数出发，分析了自发参量下转换产生频率纠缠光源的系统中各类滤光片对剩余脉冲泵浦光的滤除效率，并通过实验和数据处理进行了验证，从而为脉冲泵浦光条件下SPDC过程产生的频率纠缠光源的相关测量提供了理论指导。

关键词：量子时间同步自发参量下转换频率纠缠空间到频谱映射滤除效率

Scheme for Teleportation of an Unknown Frequency State by Using an Acousto-optical Modulator

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Semiconductor Photonics and Technology 2003年第2期9卷 116-118页

作者： XIANG Shao-hua, YANG Xiong, SONG Ke-hui(Dept.of Phys.,Huaihua College, Huaihua 418008, CHN) Dept. of Phys. Huaihua College Huaihua 418008

A very simple scheme is presented for teleporting an unknown frequency state with the successful probability of 50%. Two acoustic-optical modulators and four narrow band photodetectors in the proposed scheme are used. One advantage of our scheme is that no Bell-state measurement is need and no any unitary transformation is performed.

关键词：量子远距传输频率纠缠光调节器量子系统