【摘要】：單光子是實(shí)現(xiàn)光量子信息處理的基本前提條件,因此單光子源是近年來(lái)量子信息領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。理想的單光子源是任意時(shí)刻產(chǎn)生且只產(chǎn)生一個(gè)光子的物理系統(tǒng),但嚴(yán)格的制備非常困難。作為一種可能的代替方式,對(duì)非線性材料參量下轉(zhuǎn)換過(guò)程產(chǎn)生的糾纏光子對(duì)的一個(gè)光子進(jìn)行測(cè)量,從而將另一個(gè)光子宣布到單光子態(tài)的宣布式單光子源制備,被認(rèn)為是一個(gè)有效的單光子制備方法。這樣制備的單光子源,由于其工作環(huán)境為常溫、光子容易收集、頻率可調(diào)等優(yōu)點(diǎn)而廣受關(guān)注。當(dāng)然,該方法的一個(gè)瓶頸問(wèn)題是,宣布效率有待提高。本文從單光子波包,尤其是高斯型單光子波包,的物理特性出發(fā),分析了參量下轉(zhuǎn)換過(guò)程中的糾纏雙光子特性,從理論上給出了提高宣布式單光子的宣布效率的可能途徑。進(jìn)而,以著名的Hanbury Brown Twiss(HBT)實(shí)驗(yàn)中光場(chǎng)二階關(guān)聯(lián)函數(shù)的實(shí)驗(yàn)測(cè)量為依據(jù),對(duì)宣布和未宣布的單光子二階關(guān)聯(lián)函數(shù)進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)測(cè)量。以Ⅰ類相位匹配非線性晶體偏硼酸鋇(BBO)的參量下轉(zhuǎn)換過(guò)程中所產(chǎn)生的偏振糾纏光子對(duì)為例,通過(guò)分析其噪聲特性,提出優(yōu)化測(cè)量基來(lái)提高單光子宣布效率的方案。實(shí)驗(yàn)上,我們利用三個(gè)單光子探測(cè)器搭建了擴(kuò)展型HBT實(shí)驗(yàn)系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)了宣布式單光子源制備及其宣布效率測(cè)量。實(shí)驗(yàn)實(shí)測(cè)結(jié)果表明,宣布出來(lái)的單光子場(chǎng),其二階相干度滿足:g(0)1的反聚束特性,從而是一個(gè)較好的單光子源;通過(guò)選擇合適的測(cè)量基,雙光子糾纏度可提升大約8%,從而得到約4%的宣布效率的提升。本文的工作表明,進(jìn)一步對(duì)宣布測(cè)量基進(jìn)行優(yōu)化,得到更高的宣布效率是可能的。
【圖文】：

邐１１０１逡逑基于單光子偏振信息的量子秘鑰分發(fā)方案一直以來(lái)都是量子信息研究中一個(gè)主要逡逑方向［４］。如圖１－１和表１－１所示，其中ｔ、一、／、＼分別表示單光子的不同的偏振方逡逑向，在利用單光子偏振態(tài)實(shí)現(xiàn)的ＢＢ８４量子密鑰分發(fā)這一方案中，，單光子的偏振方向被逡逑

當(dāng)光子數(shù)態(tài)為單光子態(tài)｜１＞時(shí)，可知此時(shí)的二階相干度為ｇ２（（0邋＝邋0。利用ＨＢＴ實(shí)驗(yàn)測(cè)逡逑量光場(chǎng)的二階相干度得到的結(jié)果越接近于０就說(shuō)明光源越接近于單光子源。理想的單光逡逑子源在連續(xù)激勵(lì)下其相關(guān)函數(shù)大致如圖１－２所示逡逑�。�；Ｈａ邋ｒ－逡逑ｒ邋＼逡逑�。海海哄澹皱义�°ｊ邋■邐，邐｜逡逑－２０邋0邋２０逡逑Ｔｉｍｅ邋Ｄｅｌａｙ邋（ｎｓ）逡逑圖１－２單光子場(chǎng)相關(guān)函數(shù)曲線圖逡逑當(dāng)然通過(guò)ＨＢＴ實(shí)驗(yàn)對(duì)光場(chǎng)二階相干度的測(cè)量只是評(píng)價(jià)光源的一個(gè)必要條件，因?yàn)殄义线@種方法只能反映光源中出現(xiàn)多光子事件的情況，并不能反映出０光子事件的情況。單逡逑光子源另一個(gè)需要滿足的條件是光源產(chǎn)生的光子是不可分辨的。例如二能級(jí)系統(tǒng)中輻逡逑射的光子理論上應(yīng)該是完全不可分辨的。除了單光子源的產(chǎn)生，對(duì)產(chǎn)生的光子進(jìn)行收逡逑集也是一項(xiàng)很有挑戰(zhàn)的工作，因此理想的單光子源除了應(yīng)具備較高的光子產(chǎn)生率之外逡逑也應(yīng)具備較氋的收集效率。實(shí)驗(yàn)上一般將光子耦合到光學(xué)腔中的方法提高單光子源的逡逑收集效率［８］。另外根據(jù)使用光源的條件的不同對(duì)單光子源一般要求能在合適的溫度下工逡逑作、產(chǎn)生的單光子的波長(zhǎng)可調(diào)、發(fā)射速率快、具有特定的偏振特性等條件。逡逑１．２．３單光子源的制備逡逑理想的單光子源能夠在任意時(shí)刻根據(jù)使用者的需要發(fā)射且只發(fā)射一個(gè)光子，即逡逑“按需”單光子源。據(jù)此可以將單光子源大致分成概率源和按需源兩類。其中概率源逡逑是指光源發(fā)射單光子的過(guò)程隨機(jī)的，是一個(gè)概率事件。這類光源包括激光衰減法制備逡逑的準(zhǔn)單光子源和利用非線性光學(xué)材料制備的宣布式單光子源（ＨＳＰＳ）
【學(xué)位授予單位】：西南交通大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號(hào)】：O431.2

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本文編號(hào)：2597274