泵浦空间模式与连续变量多模纠缠产生的研究

发布时间：2020-03-31 17:06

【摘要】：连续变量量子纠缠作为量子光学的重要资源之一,具有经典光场不具有的量子关联特性。通过对其不断的研究,连续变量量子纠缠已经被广泛应用到多个领域,如量子通讯,量子计量和量子计算等方面。光场的空间模式,如厄米高斯模和拉盖尔模,具有复杂的空间分布。因此将这种空间模式与量子纠缠相结合的空间多模纠缠态引起了物理学家们浓厚的研究兴趣。利用这种空间多模纠缠态作为量子信道可以实现信息的并行传输和处理,提高信道容量和量子计算速度。此外,还可将这种多模纠缠态应用在超分辨量子成像领域来提高图像成像质量,以及在量子精密测量领域中提高位移倾角等空间物理量的测量精度,具有重要的应用价值。本文主要围绕基于泵浦空间操控实现连续变量多模纠缠态的纠缠增强的相关理论和实验来展开,其主要内容包含以下几个方面:1.理论上分析了超纠缠态产生过程中泵浦场与下转换场间的模式依赖关系,得出了在不同泵浦空间分布下,纠缠不可分度随泵浦功率变化的理论曲线,发现了产生超纠缠态的最佳泵浦模式为L G_0~0和L G_1~0的叠加模式,实验上为了便于制备,使用L G_1~0模做泵浦场来产生高质量的纠缠输出。此外我们还设计了空间多模光学参量振荡器,并测量了L G_0~0和LG_1~0模两种不同泵浦模式下的纠缠,其中使用L G_1~0模做泵浦场时获得了更高质量的既有偏振纠缠又有轨道角动量纠缠的连续变量超纠缠,这种超纠缠态可以用于超密集编码以及高维量子通讯等方面。2.在理论上分析了如何利用单个多模共振的光学参量放大器制备空间四组份cluser态,在实验上进行了验证与测量,并通过优化的泵浦模式提高了cluser态的纠缠度。相比利用多束压缩态在分束镜网络上耦合制备多组份纠缠态,该方装置更为简单。
【图文】：

图 2.1 相空间中的量子态：（1）真空态；（2）真空压缩态；（3）相干态；（4）正交振幅压缩相干态表 2.1 不同量子态性质的比较量子态光子数 n正交振幅分量的起伏正交位相分量的起伏

厄米高斯模强度和位相分布
【学位授予单位】：山西大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：O431.2

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本文编号：2609338