發(fā)布時(shí)間：2022-01-23 03:31

　　量子計(jì)算是高性能計(jì)算的前沿研究方向,光子物理體系是量子計(jì)算的重要實(shí)現(xiàn)途徑之一。在光量子計(jì)算系統(tǒng)中,糾纏光子源用于生成編碼量子信息的光子,其性能直接影響量子比特的數(shù)量與質(zhì)量。系統(tǒng)分析了最常用的糾纏光子源技術(shù)——基于自發(fā)參量下轉(zhuǎn)換的糾纏光子源,研究了基于I型自發(fā)參量下轉(zhuǎn)換糾纏多光子源的純度、亮度的性能模型,推導(dǎo)出由糾纏雙光子獲得糾纏多光子的關(guān)鍵條件。同時(shí),利用偏硼酸鋇晶體器件設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了I型自發(fā)參量下轉(zhuǎn)換糾纏雙光子源,基本驗(yàn)證了上述性能模型。本文模型與實(shí)驗(yàn)結(jié)果,為在光量子計(jì)算系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)更多量子比特提供了理論和技術(shù)支撐。 

【文章來源】：計(jì)算機(jī)工程與科學(xué). 2020,42(10)北大核心CSCD

【文章頁數(shù)】：8 頁

【部分圖文】：

利用I型SPDC過程產(chǎn)生糾纏雙光子泵浦光會(huì)在晶

糾纏多光子的產(chǎn)生,以糾纏雙光子為基礎(chǔ),通過干涉過程完成,如圖2所示。圖中的PBS為偏振分束器,偏振分束器會(huì)反射垂直偏振的光子,透射水平偏振的光子。當(dāng)2對(duì)糾纏雙光子各取出一個(gè)輸入到偏振分束器上后,并在2個(gè)輸出端各探測到1個(gè)光子時(shí),2個(gè)光子要么同時(shí)被透射(都處于水平偏振),要么同時(shí)被反射(都處于垂直偏振)。而此時(shí)這4個(gè)光子的狀態(tài)要么同時(shí)處于水平偏振,要么同時(shí)處于垂直偏振,當(dāng)滿足一定條件使得這2種情況無法區(qū)分時(shí),這4個(gè)光子就形成了偏振糾纏。對(duì)于更多光子數(shù)的糾纏原理也是類似的。由于動(dòng)量守恒和能量守恒,SPDC過程所產(chǎn)生的雙光子在頻率和動(dòng)量上都是高度關(guān)聯(lián)的,而這樣的關(guān)聯(lián)會(huì)破壞上述2種情況的不可區(qū)分性。3.3節(jié)將理論分析影響這種不可區(qū)分性的因素,得出產(chǎn)生多光子糾纏的條件。

結(jié)合一套具體實(shí)驗(yàn)的參數(shù),泵浦光和轉(zhuǎn)換光子的中心波長分別為405 nm和810 nm,非線性晶體選BBO晶體,DL值設(shè)為400 fs,本文做出了不同的σp以及σ下的雙光子波函數(shù)的圖像,如圖3所示。圖3中橫坐標(biāo)為τ-,縱坐標(biāo)為τ+,單位為fs。從圖3中可以看出,I型SPDC過程產(chǎn)生的雙光子在τ-方向是對(duì)稱的,但是一般情況下,在τ+方向上是不對(duì)稱的,這與II型過程產(chǎn)生的光子是相反的。而Ψ(τ++Δτ,τ-)的波函數(shù)圖像對(duì)應(yīng)于圖中Ψ(τ+,τ-)的波函數(shù)在縱軸上平移Δτ。對(duì)于圖3a,在沒有濾波且泵浦光時(shí)間帶寬較窄時(shí),|VV〉和|HH〉重疊區(qū)域較少,即可區(qū)分性很大,這導(dǎo)致純度很低;當(dāng)泵浦光的時(shí)間帶寬為3 ps時(shí),對(duì)于圖3b,此時(shí)泵浦光接近于在時(shí)間上連續(xù)的激光,此時(shí)2種波函數(shù)完全重疊,純度較高;對(duì)于時(shí)間帶寬較窄的泵浦光,對(duì)于圖3c和圖3d,當(dāng)濾波的帶寬變窄時(shí),2種波函數(shù)重疊區(qū)域增加,純度提高。

【參考文獻(xiàn)】：
碩士論文
[1]面向量子計(jì)算的糾纏雙光子產(chǎn)生和探測技術(shù)[D]. 王冬陽.國防科學(xué)技術(shù)大學(xué) 2015



本文編號(hào)：3603511