【摘要】：量子糾纏,是一種比較珍貴的物理資源,它在量子計(jì)算、量子存儲(chǔ)、量子網(wǎng)絡(luò)通信以及量子信息處理等方面都扮演著重要的角色。在提出量子糾纏這一概念的幾十年來,人們對(duì)與之相關(guān)的各種問題進(jìn)行了廣泛且深入的研究。制備多組份量子糾纏態(tài),不僅對(duì)量子非局域性、量子塌縮機(jī)制、量子退相干機(jī)制等量子基礎(chǔ)問題的研究具有重要意義,而且在量子通信和量子計(jì)算等技術(shù)應(yīng)用中也起著重要作用。量子網(wǎng)絡(luò)一般由許多本地節(jié)點(diǎn)組成,節(jié)點(diǎn)之間再通過量子通道相互連接,而多組份量子糾纏態(tài)的制備,對(duì)于連接量子節(jié)點(diǎn)、構(gòu)建量子網(wǎng)絡(luò)以進(jìn)行高效量子信息處理至關(guān)重要。在目前的實(shí)驗(yàn)研究中,已經(jīng)實(shí)現(xiàn)較多組份的糾纏態(tài)的制備,比較常用的方法就是采用非線性晶體的光學(xué)參量過程,然而,非線性晶體主要工作在光波頻段,因此利用光學(xué)參量過程產(chǎn)生的糾纏主要分布在光頻波段,很難擴(kuò)展到微波頻段來產(chǎn)生微波場(chǎng)之間或者微波與光波之間的糾纏,從而難以發(fā)揮微波場(chǎng)穿透能力強(qiáng)等優(yōu)勢(shì)。近些年,光力學(xué)系統(tǒng)被視為實(shí)現(xiàn)多組份糾纏的有效平臺(tái)之一,其突出優(yōu)勢(shì)在于可以利用力學(xué)振子將不同的子系統(tǒng)(如微波場(chǎng)和光場(chǎng))糾纏起來。光力學(xué)系統(tǒng)中的力學(xué)振子,如移動(dòng)腔鏡的振動(dòng),介質(zhì)薄膜的振動(dòng),懸浮納米球的質(zhì)心運(yùn)動(dòng)等,可以與幾乎任何頻段的電磁場(chǎng)耦合,從而使得制備不同頻段電磁場(chǎng)的糾纏態(tài)成為可能。這里,我們提出一個(gè)可行的理論方案,使得光力學(xué)系統(tǒng)中輸出場(chǎng)的光學(xué)模之間的相互作用可以增強(qiáng),進(jìn)而提高輸出光之間的糾纏度,實(shí)現(xiàn)光學(xué)模之間的四組份糾纏。本論文的主要工作安排如下:(1)第一章對(duì)量子糾纏的相關(guān)研究進(jìn)行了簡(jiǎn)單介紹,例如如何在理論和實(shí)驗(yàn)上制備量子糾纏態(tài);進(jìn)而引出了制備多組份糾纏態(tài)的一個(gè)理想平臺(tái):腔光力學(xué)系統(tǒng),它可以在輻射壓力作用下,將光場(chǎng)和力學(xué)振子可以耦合起來,使得制備糾纏態(tài)成為可能;接著介紹了常見的幾種典型的光力學(xué)系統(tǒng)以及它們各自的相互作用原理;最后介紹了腔光力學(xué)系統(tǒng)在宏觀及微觀上的一些應(yīng)用。(2)第二章給出了腔光力學(xué)系統(tǒng)中常用到的一些基本理論知識(shí),主要包括光力學(xué)系統(tǒng)的哈密頓量、朗之萬方程、系統(tǒng)中機(jī)械振子的加熱或冷卻過程、研究輸出光場(chǎng)時(shí)用到的輸入-輸出關(guān)系,最后介紹了在理論計(jì)算過程中用到的糾纏判據(jù),該判據(jù)可以對(duì)光力學(xué)系統(tǒng)中所產(chǎn)生的糾纏進(jìn)行度量。(3)第三章介紹了一種可以在光力學(xué)系統(tǒng)中提高輸出場(chǎng)光模之間糾纏度的理論方案:在光力學(xué)腔內(nèi)放置一塊非線性晶體,即簡(jiǎn)并光學(xué)參量放大器(degenerate optical parametric amplifier,簡(jiǎn)寫為DOPA),通過優(yōu)化其非線性增益,就可以使輸出場(chǎng)的四個(gè)光模之間產(chǎn)生較強(qiáng)的糾纏。該方案中,我們用兩束光來泵浦光力學(xué)腔,兩個(gè)腔模可以分別從兩個(gè)腔鏡輸出,這樣在輸出光場(chǎng)就會(huì)形成四個(gè)光學(xué)模,當(dāng)光力學(xué)腔內(nèi)加入非線性晶體和考慮濾波器模型后,晶體的非線性光學(xué)參量過程可以壓縮兩個(gè)腔模,進(jìn)而會(huì)加強(qiáng)四束輸出光模之間的糾纏;此外,通過優(yōu)化濾波函數(shù),例如減小帶寬,也可以得到較大的糾纏。最后,利用糾纏判據(jù)對(duì)輸出光模兩兩之間的糾纏進(jìn)行討論,得到了與預(yù)期相一致的理論結(jié)果。(4)第四章是對(duì)全文所做工作的總結(jié)與展望,并且結(jié)合目前的工作提出下一步的工作計(jì)劃。
【學(xué)位授予單位】：山西大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號(hào)】：O413
【圖文】：

1.1 法布里-珀羅光力學(xué)系統(tǒng)示意圖。左邊腔鏡固道光具有波粒二象性，其動(dòng)量為 p k （k面上時(shí)，會(huì)對(duì)物體產(chǎn)生一個(gè)壓力，這個(gè)壓力收時(shí)，它的動(dòng)量和能量都會(huì)被轉(zhuǎn)移給散射體

機(jī)械振子冷卻示意圖

機(jī)械振子加熱示意圖

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本文編號(hào)：2789847