連續(xù)變量非經(jīng)典光場(如壓縮態(tài)光場,量子糾纏態(tài)光場)是量子信息處理、量子通信的核心資源。1.5μm光通信波段非經(jīng)典光場在光纖中能夠以最低損耗傳輸,從而降低了量子態(tài)在傳輸過程中的退相干效應(yīng);而且它也可以與現(xiàn)有的商用光纖通信系統(tǒng)高度兼容。因而利用1.5μm光通信波段非經(jīng)典光場實現(xiàn)基于光纖的長距離量子通信研究已經(jīng)引起了人們廣泛的關(guān)注。由于通信信道損耗和額外噪聲等因素的影響,量子通信的節(jié)點距離受到限制。為了突破這一點,可以利用量子中繼器連接多個通信節(jié)點,從而實現(xiàn)遠(yuǎn)距離的量子通信。例如,利用量子糾纏交換過程提升量子態(tài)的傳輸距離,利用糾纏純化抵抗量子態(tài)傳輸過程中的退相干效應(yīng),以及利用與原子吸收線相匹配的量子態(tài)實現(xiàn)通信節(jié)點間的量子存儲。本論文利用光學(xué)參量過程過程制備了1.5μm光通信波段連續(xù)變量的非經(jīng)典光場,包括壓縮態(tài)光場、量子糾纏態(tài)光場。利用二次諧波過程制備了與原子吸收線相匹配的壓縮態(tài)光場。同時實現(xiàn)了1.5μm光通信波段連續(xù)變量量子糾纏態(tài)光場在光纖信道中的糾纏分發(fā),在此基礎(chǔ)上開展了其基于光纖信道中的糾纏交換的研究。本論文為開展基于光纖信道的長距離量子通信奠定了基礎(chǔ)。論文的主要研究內(nèi)容如下:(1)利用基于Ⅰ類相位匹配的周期極化磷酸氧鈦鉀(PPKTP)晶體構(gòu)成的簡并光學(xué)參量振蕩器(DOPO)實驗制備了1.5μm光通信波段的真空壓縮態(tài)光場,壓縮度為6.8 dB。同時實驗比較了分別利用周期極化鈮酸鋰(PPLN)晶體和PPKTP晶體產(chǎn)生真空壓縮態(tài)時的區(qū)別,在理論上建立基于晶體內(nèi)聲波導(dǎo)布里淵散射的模型解釋了實驗現(xiàn)象;并利用PPLN晶體構(gòu)成的倍頻器實驗制備了與銣原子吸收線相匹配的780 nm明亮壓縮態(tài)光場。(2)利用基于Ⅱ類相位匹配PPKTP晶體構(gòu)成的非簡并光學(xué)參量放大器(NOPA)實驗制備了1.5μm光通信波段的連續(xù)變量量子糾纏態(tài)光場。通過控制晶體的溫度和晶體的角度實現(xiàn)信號光場、閑置光場以及泵浦光場三光在NOPA腔中同時共振。當(dāng)NOPA運轉(zhuǎn)于參量反放大狀態(tài),NOPA產(chǎn)生一對頻率簡并偏振正交的具有正交振幅正關(guān)聯(lián)正交位相反關(guān)聯(lián)的量子糾纏態(tài)。量子糾纏態(tài)光場的正交振幅和與正交相位差分別低于散粒噪聲基準(zhǔn)8.44 dB和8.30 dB。(3)利用已制備的1.5μm光通信波段的連續(xù)變量量子糾纏態(tài)光場實驗實現(xiàn)了基于光纖信道的連續(xù)變量量子糾纏分發(fā)。當(dāng)光纖信道分發(fā)距離為20 km時,量子糾纏態(tài)光場的正交振幅和與正交相位差分別低于散粒噪聲基準(zhǔn)1.66 dB和1.35 dB,糾纏特性仍得以保持。并在理論和實驗上研究了光纖中的聲波導(dǎo)布里淵散射現(xiàn)象引入的額外噪聲對連續(xù)變量量子糾纏分發(fā)的影響。(4)利用兩臺NOPA制備了兩個獨立的1.5μm光通信波段量子糾纏態(tài)光場,并利用其實驗實現(xiàn)了連續(xù)變量量子糾纏態(tài)自由空間的無條件離物傳送,即量子糾纏交換。量子糾纏交換后量子糾纏態(tài)光場的正交振幅和與正交相位差分別低于散粒噪聲基準(zhǔn)4.03 dB和3.76 dB。為下一步開展基于光纖信道的量子糾纏交換奠定了基礎(chǔ)。本論文的主要創(chuàng)新點如下:(1)實驗制備了1.5μm光通信波段的連續(xù)變量真空壓縮態(tài)光場、與銣原子吸收線相匹配的780 nm明亮壓縮態(tài)光場。(2)實驗制備了1.5μm光通信波段的量子糾纏態(tài)光場,糾纏度達8.3dB。(3)實現(xiàn)了距離為20 km的光前信道的連續(xù)變量量子糾纏分發(fā),量子糾纏特性仍得以保持。(4)完成了1.5μm光通信波段的量子糾纏態(tài)光場自由空間的量子糾纏交換。
【學(xué)位單位】：山西大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：O413;TN918.4
【部分圖文】：

圖 1.1 左圖為沿著 X+正交壓縮態(tài)，右圖為沿著 X-正交壓縮態(tài)0 時， ， 在 方向上被壓縮， = 時，在 方向上（圖 1.1），對于作用真空態(tài)上的其他算符，一般式為：2 2rX e 2 2rX e X X

明亮壓縮態(tài)

倍頻腔示意圖
【參考文獻】

相關(guān)期刊論文 前1條

1 李宏;馮晉霞;萬振菊;張寬收;;高效率外腔倍頻產(chǎn)生低噪聲連續(xù)單頻780nm激光[J];中國激光;2014年05期

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1 靳曉麗;連續(xù)變量壓縮態(tài)光場控制及測量系統(tǒng)的研究[D];山西大學(xué);2016年

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1 周倩倩;用于量子光學(xué)實驗的寬帶低噪聲探測器研制及應(yīng)用[D];山西大學(xué);2010年

本文編號：2868829