基于量子干涉的光操控
本文选题:二阶非线性 + 诱导透明 ; 参考:《大连理工大学》2016年博士论文
【摘要】:利用量子相干性对量子系统进行操纵控制是量子信息的核心,最终我们能进行信息编码、存储和传递。为了更好的实现量子相干操纵,我们要找到合适的物理系统,从而实现对其动力学和稳态的控制和操作。光子系统因为具有很好的抗环境干扰的能力和稳定性,已经成为实现量子信息处理的理想物理系统之一。更重要的是光子具有非常快的传播速度,这为快速的量子计算和量子信息传送提供了保障。为了利用光子系统来进行量子计算,我们需要对光子系统进行操纵。近几十年来,对光子系统的操控主要包括基于电磁诱导透明(EIT)和光机诱导透明(OMIT)的快光、慢光和光量子信息存储,以及单光子量子器件等等。本文的工作主要集中于两个方面:一方面是找到除了原子系统和光机系统以外的其它系统来实现诱导透明,从而实现对光的控制;另一个方面是实现非传统光子阻塞,即实现对单光子的控制,其应用是实现单光子源,属于量子器件范畴。发生非传统光子阻塞和诱导透明的物理原理都是光的量子干涉。我们首先在第一章阐述了论文的研究背景,在这部分中我们介绍了诱导透明和光子阻塞发展的历史以及研究现状。接下来在第二章介绍了相关的物理概念与基础知识,包括开放系统以及与诱导透明和光子阻塞有关的基础知识。论文的第三章到第七章为我们的主要工作,可分为两部分。第一部分为第三、四章,我们发现了另一种形式的诱导透明,即二阶非线性诱导透明。第三章,我们研究了简并的二阶非线性系统,我们发现当对低频进行驱动,对高频进行探测时,会发生二阶非线性诱导透明现象,它的直接应用是测量二阶非线性系数,我们也研究了克尔非线性对二阶非线性诱导透明的影响,发现克尔非线性可以控制透明窗口的宽度和对称性。第四章,我们研究了非简并的二阶非线性系统,发现双的诱导透明窗口会出现,而且通过改变系统的失谐可以实现在双透明窗口和单透明窗口之间转换。第五、六、七章为论文的第二部分。在这一部分,我们研究了非传统光子阻塞。在第五章中,我们研究了两模二阶非线性系统的非传统光子阻塞并与克尔非线性系统的非传统光子阻塞进行了对比,我们发现与克尔非线性系统不同,二阶非线性系统不需要耦合J(a+b+b+a),因为二阶非线性既有非线性的作用,又有在不同模式之间传递光子的作用。而且只有对两个模式同时驱动时非传统光子阻塞才能发生,否则干涉路径不能形成。在第六章中,我们研究了基于三模二阶非线性系统的非传统光子阻塞,我们发现对系统进行单边驱动时,只有失谐为零的时候阻塞才能发生,而对系统进行双边驱动时,失谐存在时阻塞也可以发生。在第七章中,我们研究了基于双光子交换非线性的非传统光子阻塞。最后,在第八章中给出论文的总结与展望。
[Abstract]:Using quantum coherence to manipulate and control quantum systems is the core of quantum information. Finally, we can code, store and transfer information. In order to realize quantum coherent manipulation, we need to find a suitable physical system to control and operate its dynamics and steady state. Optical subsystem has become one of the ideal physical systems for quantum information processing because of its good ability and stability to resist environmental interference. More importantly, photons have a very fast propagation speed, which provides a guarantee for fast quantum computation and quantum information transmission. In order to use the photon system for quantum computation, we need to manipulate the photon system. In recent decades, the manipulation of optical subsystems mainly includes fast light based on electromagnetic induced transparency (EITs) and optical machine-induced transparency (OMIT), slow light and optical quantum information storage, single photon quantum devices and so on. The work of this paper is mainly focused on two aspects: on the one hand, finding other systems except atomic system and optical mechanical system to achieve induced transparency, thus realizing the control of light; on the other hand, realizing unconventional photon blocking. That is to achieve the control of single photon, its application is to realize a single photon source, which belongs to the category of quantum devices. The physical principles of unconventional photon blocking and induced transparency are quantum interference of light. In the first chapter, we introduce the research background of this paper. In this part, we introduce the history and research status of induced transparency and photon blocking. Then in the second chapter we introduce the related physical concepts and basic knowledge including open systems and basic knowledge related to induced transparency and photonic blocking. The third to seventh chapters are our main work, which can be divided into two parts. The first part is the third and fourth chapter. We find another form of induced transparency, that is, second order nonlinear induced transparency. In the third chapter, we study the degenerate second order nonlinear system. We find that the second order nonlinear induced transparency occurs when the low frequency is driven and the high frequency is detected. Its direct application is to measure the second order nonlinear coefficient. We also study the effect of Kerr nonlinearity on second order nonlinear induced transparency and find that Kerr nonlinearity can control the width and symmetry of transparent window. In chapter 4, we study the nondegenerate second order nonlinear system, and find that the double induced transparent window will appear, and by changing the detuning of the system, we can realize the conversion between the double transparent window and the single transparent window. The fifth, sixth and seventh chapters are the second part of the thesis. In this part, we study the non-traditional photon blocking. In chapter 5, we study the nontraditional photon blocking of two-mode second-order nonlinear systems and compare it with that of Kerr nonlinear systems. We find that we are different from Kerr nonlinear systems. The second order nonlinear system does not need to be coupled with Jna a b b a because the second order nonlinearity not only has nonlinear effects but also has the effect of transferring photons between different modes. Moreover, unconventional photonic blocking can occur only when the two modes are driven simultaneously, otherwise the interference path cannot be formed. In the sixth chapter, we study the nontraditional photon blocking based on the three-mode second-order nonlinear system. We find that when the system is driven unilaterally, the blocking can only occur when the detuning is zero, and when the system is driven bilaterally. Congestion can also occur when detuning exists. In chapter 7, we study the non-conventional photon blocking based on two-photon exchange nonlinearity. Finally, the conclusion and prospect of the thesis are given in the eighth chapter.
【学位授予单位】:大连理工大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2016
【分类号】:O431.2
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,本文编号:1812738
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