腔光力学系统中四组份纠缠的产生

发布时间：2020-08-12 01:33

【摘要】：量子纠缠,是一种比较珍贵的物理资源,它在量子计算、量子存储、量子网络通信以及量子信息处理等方面都扮演着重要的角色。在提出量子纠缠这一概念的几十年来,人们对与之相关的各种问题进行了广泛且深入的研究。制备多组份量子纠缠态,不仅对量子非局域性、量子塌缩机制、量子退相干机制等量子基础问题的研究具有重要意义,而且在量子通信和量子计算等技术应用中也起着重要作用。量子网络一般由许多本地节点组成,节点之间再通过量子通道相互连接,而多组份量子纠缠态的制备,对于连接量子节点、构建量子网络以进行高效量子信息处理至关重要。在目前的实验研究中,已经实现较多组份的纠缠态的制备,比较常用的方法就是采用非线性晶体的光学参量过程,然而,非线性晶体主要工作在光波频段,因此利用光学参量过程产生的纠缠主要分布在光频波段,很难扩展到微波频段来产生微波场之间或者微波与光波之间的纠缠,从而难以发挥微波场穿透能力强等优势。近些年,光力学系统被视为实现多组份纠缠的有效平台之一,其突出优势在于可以利用力学振子将不同的子系统(如微波场和光场)纠缠起来。光力学系统中的力学振子,如移动腔镜的振动,介质薄膜的振动,悬浮纳米球的质心运动等,可以与几乎任何频段的电磁场耦合,从而使得制备不同频段电磁场的纠缠态成为可能。这里,我们提出一个可行的理论方案,使得光力学系统中输出场的光学模之间的相互作用可以增强,进而提高输出光之间的纠缠度,实现光学模之间的四组份纠缠。本论文的主要工作安排如下:(1)第一章对量子纠缠的相关研究进行了简单介绍,例如如何在理论和实验上制备量子纠缠态;进而引出了制备多组份纠缠态的一个理想平台:腔光力学系统,它可以在辐射压力作用下,将光场和力学振子可以耦合起来,使得制备纠缠态成为可能;接着介绍了常见的几种典型的光力学系统以及它们各自的相互作用原理;最后介绍了腔光力学系统在宏观及微观上的一些应用。(2)第二章给出了腔光力学系统中常用到的一些基本理论知识,主要包括光力学系统的哈密顿量、朗之万方程、系统中机械振子的加热或冷却过程、研究输出光场时用到的输入-输出关系,最后介绍了在理论计算过程中用到的纠缠判据,该判据可以对光力学系统中所产生的纠缠进行度量。(3)第三章介绍了一种可以在光力学系统中提高输出场光模之间纠缠度的理论方案:在光力学腔内放置一块非线性晶体,即简并光学参量放大器(degenerate optical parametric amplifier,简写为DOPA),通过优化其非线性增益,就可以使输出场的四个光模之间产生较强的纠缠。该方案中,我们用两束光来泵浦光力学腔,两个腔模可以分别从两个腔镜输出,这样在输出光场就会形成四个光学模,当光力学腔内加入非线性晶体和考虑滤波器模型后,晶体的非线性光学参量过程可以压缩两个腔模,进而会加强四束输出光模之间的纠缠;此外,通过优化滤波函数,例如减小带宽,也可以得到较大的纠缠。最后,利用纠缠判据对输出光模两两之间的纠缠进行讨论,得到了与预期相一致的理论结果。(4)第四章是对全文所做工作的总结与展望,并且结合目前的工作提出下一步的工作计划。
【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】：O413
【图文】：

1.1 法布里-珀罗光力学系统示意图。左边腔镜固道光具有波粒二象性，其动量为 p k （k面上时，会对物体产生一个压力，这个压力收时，它的动量和能量都会被转移给散射体

机械振子冷却示意图

机械振子加热示意图

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本文编号：2789847