光子回声技术在量子中继器中的应用研究

发布时间：2017-06-06 17:19

  本文关键词：光子回声技术在量子中继器中的应用研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：由于具有通信容量大、传输速度快和绝对安全性等优点,量子通信为通信系统提供了更安全的传输方式和更广泛的应用范围。为了实现远距离的量子通信,并解决量子信息传输过程中量子特性消退的问题,人们提出了量子中继器的概念,它主要依靠光量子存储器和量子纠缠来工作,而光子回声技术由于其在固态材料中的高效存储和多模存储的优势既可以应用于存储器中,也可以建立纠缠并进行纠缠交换。本文从光与原子相互作用的基本原理出发,用全量子理论建立起麦克斯韦—布洛赫方程,理论分析了光子回声技术在量子中继器中的应用。为了实现基于光子回声技术的几种主要存储方案的准备条件,第二章我们分别介绍了实验中常使用的稀土离子掺杂固态材料、非均匀展宽、光与物质的相互作用以及光谱烧孔技术。本文研究的主要内容可概括如下:(1)首先介绍目前已实现的基于光子回声技术的几种主要存储方案:可控逆非均匀展宽(CRIB),原子频率梳(AFC),梯度光子回声(GEM)和混合光子回声(HYPER)。其中CRIB、AFC和GEM方案都需要对存储介质进行光谱烧孔以获得非均匀展宽线,这在实际操作中存在着很大的困难,同时浪费了部分有效光深度,限制了存储材料的选择范围。为了避免使用烧孔技术,HYPER方案被提出。这几个存储方案除了准备条件不同外,存储效率也不尽相同。本文详细讨论了各方案存储过程的演化方程并计算出各方案的存储效率。(2)其次,我们将光子回声技术用于三体光量子态纠缠的建立。2010年P.M.Ledingham等人在经典双脉冲光子回声的基础上,提出在间隔相等的时间内对存储介质施加两次?脉冲,可以获得时间分离的放大自发辐射(ASE)场、相位重构放大自发辐射(RASE)场与原子系综之间的纠缠。我们的工作是在此基础上继续对存储介质施加一个重相位?脉冲,发现系统辐射出的三束光子流之间存在着非经典关联,通过理论计算得出结论:三个辐射光场之间存在着线性纠缠关系。(3)最后,以影响力颇为广泛的DLCZ量子中继协议为例,在分析其缺点不足的基础上利用光子回声技术所制备的三体纠缠对该协议提出改进方案。
【关键词】：量子中继器 光子回声技术 光量子态存储方案 量子纠缠
【学位授予单位】：温州大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：O413;TP333
【目录】：

• 摘要4-6
• ABSTRACT6-9
• 第一章 绪论9-11
• 1 量子通信概述9-10
• 2 量子中继技术简介10-11
• 第二章 光量子态固态存储的物理原理11-17
• 1 存储介质——稀土离子掺杂晶体的基本性质11-12
• 2 光谱烧孔12-13
• 3 光和二能级原子系综的相互作用13-15
• 4 布洛赫球体表示15-17
• 第三章 基于光子回声技术的光量子态存储方案17-33
• 1 光量子态存储的标准与要求17-18
• 2 CRIB存储方案18-22
• 2.1 吸收过程19-20
• 2.2 向后读取过程20-22
• 2.3 向前读取过程22
• 3 AFC存储方案22-24
• 4 GEM存储方案24-28
• 4.1 存取过程24-27
• 4.2 GEM存储效率27-28
• 5 HYPER存储方案28-33
• 第四章 相位重构放大自发辐射33-39
• 1 双脉冲光子回声34
• 2 放大自发辐射（ASE）的产生34-37
• 3 相位重构放大自发辐射RASE37-38
• 4 三脉冲序列的放大自发辐射38-39
• 第五章 基于光子回声技术的量子中继器协议39-49
• 1 DLCZ协议概述39-42
• 1.1 基于单光子测量的纠缠产生39-40
• 1.2 基于单光子测量的纠缠交换40-42
• 2 相位重构放大自发辐射对DLCZ协议的改进42-46
• 3 三脉冲序列的放大自发辐射对DLCZ协议的改进46-49
• 第六章 总结与展望49-51
• 1 总结49-50
• 2 展望50-51
• 参考文献51-55
• 致谢55-56
• 攻读硕士学位期间发表的论文56

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本文编号：427036