铷原子波段非经典光场的实验产生

发布时间：2020-06-28 11:52

【摘要】：量子力学中的变量根据其本征态具有分离谱或连续谱结构,划分为分离变量和连续变量两大类,它们在量子信息中的应用各有特点~([1-3])。分离变量量子态对损耗不敏感,保真度高,但是产生是几率性的~([4])。而连续变量量子态的产生和操作是确定性的,但是保真度低,并对损耗极其敏感。所以近年来混合纠缠的研究成为量子信息领域的一个研究热点。所谓混合纠缠就是要将连续变量和分离变量的优点结合起来完成单个变量不能完成的任务~([5])。2013年,A Furusawa小组用连续变量的手段演示了离散变量Qubit的决定性量子离物传态~([6]),之后他们小组又实现了分离变量和连续变量的纠缠交换~([7])。2014年,Julien Laurat小组在实验上实现了离散变量单光子与连续变量猫态的混合纠缠~([8])。本文开展了铷原子波段非经典光场产生的实验研究,制备了795nm窄带偏振纠缠光子对和压缩真空态光场,为下一步混合型量子纠缠及量子中继的研究提供了基础。本文的主要内容有:(1)利用Ⅱ类周期极化磷酸氧钛晶体(PPKTP)作为非线性介质,通过自发参量下转换(SPDC)过程,产生了795nm偏振关联光子对。将PPKTP晶体放入光学腔内,利用腔限制了下转化光子的线宽。通过级联标准具组进行滤波实现了下转换光子的单纵模输出,利用单光子探测后选择将光子对投影到偏振纠缠态。由于光学器件会对H光子与V光子带来一个附加的相位移动,使制备的纠缠态非最大纠缠态。我们通过相位补偿系统对附加相位进行补偿。实验测得偏振纠缠光子对的Bell参数S=2.6±0.07,违背BELL-CHSH不等式8.6个标准差~([9])。下转换光子的线宽为15MHz,可以有效的与原子存储相结合。(2)利用基于周期极化磷酸氧钛晶体的参量振荡腔产生了795nm的压缩真空态光场。通过一束本振光构成平衡零拍探测系统,对产生的压缩真空态光场进行测量,测得压缩度为-3 dB。在示波器上对平衡零拍测量系统的时域信号进行采集,得到了压缩真空态光场在不同相位角下的噪声分布。利用极大似然估计方法对压缩真空态光场的密度矩阵进行了重构,并计算了相空间的Wigner函数~([10])。(3)理论计算了实验条件的不完美对薛定谔猫态制备的影响~([11])。其中包括压缩态的不完美与探测器的不完美。构建了压缩真空态减光子所获得猫态的Wigner函数及其在相空间原点值W(0,0)的表达式。表达式中包含了压缩真空态的压缩度和压缩纯度,单光子探测器的量子效率与产生的暗计数以及平衡零拍探测的总效率等参量。根据所得到的理论模型分别针对不同实验条件对猫态制备的影响进行了具体的分析。为下一步通过压缩真空态减光子获得薛定谔猫态的实验提供了一定的理论基础。
【学位授予单位】：山西大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：O413.1;O562
【图文】：

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【参考文献】