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连续变量量子纠缠的产生和条件克隆

刘奎  
【摘要】:量子纠缠作为量子物理世界中的独特资源,它的出现改变了我们信息处理的方式,可以保证我们信息通讯的绝对安全和提供更为强大的计算能力,从而被广泛应用到量子密钥术、可控量子密集编码、量子离物传态和量子计算等量子信息科学中。另外,空间上的多模纠缠还可以用于提高图像成像质量;不同频率之间的多组份纠缠可以用于不同波长的光学系统的联接和作为连接量子存储的原子能级和通讯窗口的桥梁。因此量子纠缠的产生和研究已成为量子信息科学中最重要的工作之一。 本文主要研究了以下关于连续变量量子纠缠的相关内容: 1.为了产生高质量的纠缠源,首要条件是获得低噪声的激光光源。我们采用两种不同的方法对光纤激光器的噪声进行了抑制:前置电光反馈和模清洁器,抑制后光纤激光器的噪声在3MHz以后达到散粒噪声极限,最大噪声抑制高达27dB。 2.在一个参量放大器中同时产生了两对高阶模纠缠态(HG01和HG10),其中HG01模的纠缠方差为3.42,HG10模的纠缠方差为3.34。并表明此纠缠态为同时具有轨道角动量纠缠和自旋角动量纠缠的超纠缠态,这种超纠缠态可以用于量子密集编码中,以提高量子信道容量。在此基础上,给出了一种产生高阶模四组份cluster纠缠的产生方案,并在实验上获得了四组份cluster纠缠。 3.介绍和研究了OPO、SHG中量子多色三组份纠缠的产生情况。对倍频过程中额外噪声产生的原因进行了分析,为下一步实验工作指明了方向。本节中,从理论上给出了一种产生三组份纠缠的新方案,指出产生量子多色三组份纠缠的最佳过程并不是在单纯的OPO过程,也不是在SHG过程中,而是一种SHG和OPO的中间过程OPDA。对于OPDA过程,给出了实验方案和一些实验结果,通过此过程中产生了5dB的1080nm两组份纠缠光。此量子多色纠缠可以用于不同波长的光学系统的联接和作为连接量子存储的原子能级和通讯窗口的桥梁。 4.首次将条件制备技术应用到了量子克隆过程中,提出了一种连续变量量子纠缠态的条件克隆方案。本克隆方案中仅用到线性元件,例如;光分束器、平衡零拍探测和条件测量,具有可控性和易操作的优点。通过我们的方案,克隆后的输出态可以保持良好的纠缠特性和保真度,纠缠态的条件克隆可广泛应用于量子信息领域中,例如量子计算过程中的纠错,量子密钥分发过程中的量子窃听。本文的创新之处: 1.实验上采用两种不同的方法对光纤激光器的噪声进行了抑制。 2.实验上产生了同时具有自旋角动量纠缠和轨道角动量纠缠的连续变量超纠缠态和高阶模四组份cluster纠缠。 3.实验上分析了Ⅱ类非线性过程额外噪声的来源,理论上给出了通过Ⅱ类非线性过程产生三色纠缠的最佳条件及实验方案。 4.提出了一种有效且可行的连续变量纠缠态的条件克隆方案。


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