發(fā)布時間：2020-03-23 21:12

【摘要】：單光子是實現(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量子信息領(lǐng)域的研究熱點。理想的單光子源是任意時刻產(chǎn)生且只產(chǎn)生一個光子的物理系統(tǒng),但嚴格的制備非常困難。作為一種可能的代替方式,對非線性材料參量下轉(zhuǎn)換過程產(chǎn)生的糾纏光子對的一個光子進行測量,從而將另一個光子宣布到單光子態(tài)的宣布式單光子源制備,被認為是一個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)點而廣受關(guān)注。當然,該方法的一個瓶頸問題是,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。進而,以著名的Hanbury Brown Twiss(HBT)實驗中光場二階關(guān)聯(lián)函數(shù)的實驗測量為依據(jù),對宣布和未宣布的單光子二階關(guān)聯(lián)函數(shù)進行了實驗測量。以Ⅰ類相位匹配非線性晶體偏硼酸鋇(BBO)的參量下轉(zhuǎn)換過程中所產(chǎn)生的偏振糾纏光子對為例,通過分析其噪聲特性,提出優(yōu)化測量基來提高單光子宣布效率的方案。實驗上,我們利用三個單光子探測器搭建了擴展型HBT實驗系統(tǒng),實現(xiàn)了宣布式單光子源制備及其宣布效率測量。實驗實測結(jié)果表明,宣布出來的單光子場,其二階相干度滿足:g(0)1的反聚束特性,從而是一個較好的單光子源;通過選擇合適的測量基,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,進一步對宣布測量基進行優(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)方案一直以來都是量子信息研究中一個主要逡逑方向［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

當光子數(shù)態(tài)為單光子態(tài)｜１＞時，可知此時的二階相干度為ｇ２（（0邋＝邋0。利用ＨＢＴ實驗測逡逑量光場的二階相干度得到的結(jié)果越接近于０就說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單光子場相關(guān)函數(shù)曲線圖逡逑當然通過ＨＢＴ實驗對光場二階相干度的測量只是評價光源的一個必要條件，因為逡逑這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，對產(chǎn)生的光子進行收逡逑集也是一項很有挑戰(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。實驗上一般將光子耦合到光學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刻根據(jù)使用者的需要發(fā)射且只發(fā)射一個光子，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)射單光子的過程隨機的，是一個概率事件。這類光源包括激光衰減法制備逡逑的準單光子源和利用非線性光學材料制備的宣布式單光子源（ＨＳＰＳ）
【學位授予單位】：西南交通大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2019
【分類號】：O431.2

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本文編號：2597274