量子信息技術(shù)是當(dāng)前全球關(guān)注的研究熱潮,它所描繪的美好藍(lán)圖讓很多國(guó)家將發(fā)展量子信息技術(shù)作為重要的戰(zhàn)略方向。非經(jīng)典態(tài)光場(chǎng)在量子精密測(cè)量、量子計(jì)算、超高安全以及超容量光信息通訊等技術(shù)中有著巨大的應(yīng)用潛能,因此研究非經(jīng)典光場(chǎng)的量子特性對(duì)于量子信息技術(shù)的發(fā)展具有重要意義。例如,具有高度關(guān)聯(lián)性的量子關(guān)聯(lián)多光束能夠有效提高量子信息協(xié)議的通信保真度以及量子計(jì)量學(xué)中多參數(shù)測(cè)量精度;量子糾纏是量子信息技術(shù)發(fā)展的核心資源,提高量子糾纏的組份或者糾纏程度是很多研究小組的目標(biāo)。在本論文中,我們將相干反饋控制策略與級(jí)聯(lián)四波混頻過(guò)程相結(jié)合,構(gòu)造三種基于級(jí)聯(lián)四波混頻過(guò)程的相干反饋控制系統(tǒng),通過(guò)理論計(jì)算研究反饋強(qiáng)度對(duì)系統(tǒng)的三光關(guān)聯(lián)程度以及多組份量子糾纏特性的影響,以尋找到最佳的參數(shù)值實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)三光量子關(guān)聯(lián)程度的增強(qiáng)以及對(duì)系統(tǒng)量子糾纏特性的優(yōu)化。本論文主要分為以下三個(gè)部分:1、結(jié)合原子躍遷能級(jí)圖詳細(xì)描述熱銣原子池中發(fā)生的四波混頻過(guò)程以及原理,用量子力學(xué)方法推導(dǎo)出四波混頻過(guò)程產(chǎn)生的孿生光束與輸入光場(chǎng)的關(guān)系式,并對(duì)它們的相對(duì)強(qiáng)度差壓縮度進(jìn)行分析,為后面兩章節(jié)的研究計(jì)算做好理論鋪墊。2、基于銣原子系綜級(jí)聯(lián)四波混頻過(guò)程,用一個(gè)光... 

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【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【部分圖文】：

相空間中正交振幅方向被壓縮的真空態(tài)

華東師范大學(xué)研究生碩士學(xué)位論文圖2-1(a)銣原子池四波混頻過(guò)程產(chǎn)生一對(duì)孿生光束，a0為相干態(tài)注入的探針光束，c0為泵浦光束，b0為真空態(tài)注入的共軛光束，a1為經(jīng)過(guò)四波混頻過(guò)程放大的探針光束，b1為系統(tǒng)產(chǎn)生的與a1對(duì)稱分布在泵浦光兩側(cè)的共軛光束。(b)85Rb原子D1線能級(jí)結(jié)構(gòu)圖，HF1和HF2分別代表5S1/2和5P1/2分裂的超精細(xì)能級(jí)間距。(c)85Rb原子D1線躍遷能級(jí)結(jié)構(gòu)圖，描述了一個(gè)完整的四波混頻過(guò)程，和δ分別表示單光子失諧和雙光子失諧。所示，5S1/2和5P1/2間的中心波長(zhǎng)為795nm，其中5S1/2的兩個(gè)超精細(xì)能級(jí)（F=2與F=3）間距約為3.036GHz，5P1/2的兩個(gè)超精細(xì)能級(jí)（F=2’與F=3’）間距約為316.58MHz。由于四波混頻過(guò)程前后系統(tǒng)的能量和動(dòng)量守恒，光場(chǎng)模式間的相位匹配條件為：2kpump=kprobe+kconjugate,2ωpump=ωprobe+ωconjugate,(2-1)其中，kpump、kprobe、kconjugate和ωpump、ωprobe、ωconjugate分別表示為泵浦光、探針光、共軛光的波矢和頻率。相位匹配條件表明四波混頻過(guò)程中兩個(gè)泵浦光子湮滅的同時(shí)并分別轉(zhuǎn)化為一個(gè)探針光子與一個(gè)共軛光子，這個(gè)過(guò)程用哈密頓量形式表示為：H=i(γacbcγacbc),(2-2)其中，第二項(xiàng)表明四波混頻過(guò)程可逆，γ表示相互作用強(qiáng)度，a、b和c分別對(duì)應(yīng)著參與四波混頻前后三束光的湮滅算符。因?yàn)閷?shí)際的泵浦光強(qiáng)度要遠(yuǎn)大于另外兩束光的強(qiáng)度，在經(jīng)歷過(guò)四波10

華東師范大學(xué)研究生碩士學(xué)位論文下面利用這兩式計(jì)算共軛光與探針光的強(qiáng)度差壓縮，它們二者的相對(duì)強(qiáng)度起伏NaNb在壓縮變換下不變，因此：Var(NaNb)=Var(Na)=aa.(2-11)標(biāo)準(zhǔn)量子極限Var(NaNb)SQL為共軛光與探針光光子數(shù)和的平均值，結(jié)果為Var(NaNb)SQL=aa+bb=(2G1)aa.(2-12)根據(jù)式(2-11)和式(2-12)得到強(qiáng)度差壓縮為：DS=Var(NaNb)Var(NaNb)SQL=12G1.(2-13)從上式可以得到，當(dāng)強(qiáng)度增益G大于1時(shí)，輸出的共軛光和探針光的相對(duì)強(qiáng)度壓縮的大小隨著G的增大而變大。相對(duì)強(qiáng)度差壓縮度除了可以用來(lái)判斷光場(chǎng)的量子態(tài)是否為非經(jīng)典態(tài)，它還可以用來(lái)刻畫(huà)光束之間的量子關(guān)聯(lián)程度，壓縮度越低，說(shuō)明系統(tǒng)的關(guān)聯(lián)性越強(qiáng)。從上面的結(jié)果可以看出，基于銣原子系綜的四波混頻系統(tǒng)產(chǎn)生了一對(duì)孿生量子關(guān)聯(lián)光束，它們?cè)诳臻g上自然分離，利用這一優(yōu)點(diǎn)，我們小組實(shí)驗(yàn)上完成了利用四波混頻過(guò)程構(gòu)建了多種量子系統(tǒng)來(lái)產(chǎn)生多光量子關(guān)聯(lián)等系列工作，例如，通過(guò)級(jí)聯(lián)結(jié)構(gòu)的四波混頻過(guò)程產(chǎn)生三光量子關(guān)聯(lián)[48]，其壓縮度達(dá)-7.0dB。最近我們小組利用兩個(gè)空間結(jié)構(gòu)的泵浦光，將它們注入到同一原子池當(dāng)中通過(guò)空間復(fù)用的圖2-2(a)級(jí)聯(lián)四波混頻過(guò)程產(chǎn)生三光量子關(guān)聯(lián)的實(shí)驗(yàn)裝置圖[48]。(b)兩個(gè)空間結(jié)構(gòu)泵浦光注入到原子池中得到六個(gè)輸出光束的理論模型[49]。(c)采用雙泵浦注入的方式實(shí)現(xiàn)六組份量子糾纏實(shí)驗(yàn)裝置圖[50]。(d)雙泵浦注入結(jié)構(gòu)產(chǎn)生十光量子關(guān)聯(lián)實(shí)驗(yàn)裝置圖[51]。12

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]量子隱形傳態(tài)[J]. 蘇曉琴,郭光燦.  物理學(xué)進(jìn)展. 2004(03)



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