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量子纠缠作为量子信息工作的核心资源引起了科学研究者们的广泛兴趣.众所周知,1935年爱因斯坦与玻多耳斯基和罗森联合发表了一篇著名的论文,其中提出了利用动量和位置作为连续变量的纠缠态.目前,这种纠缠态已经在实验中成功的制备出来,并应用于各种量子信息实验工作中.基于这种连续变量的量子光学器件最重要的一个优点就是其有高的探测效率,所以可以无条件的开展量子信息工作.连续变量纠缠目前已经被成功的运用到了无条件量子超空间传送、量子密集编码、量子纠错、纠缠交换和普适的量子计算中.但是,如何产生多组份、多色连续变量纠缠光源仍然是开展这些量子信息网络工作的前提条件.本论文从理论上研究了利用准相位匹配技术,在光学超晶格中产生连续变量量子纠缠态光源,主要包括以下四部分内容:
1)、提出了一个方案,利用级联的非线性过程在一块光学超晶格中实现纠缠光束的频率转换.首先通过参量下转换过程产生信号光和闲置光.然后闲置光再和泵浦光通过级联的和频过程产生第三束光.我们运用两组份连续变量纠缠的判据讨论了信号光与和频产生的第三束光之间的纠缠特性.计算结果表明,和频光和信号光之间仍然是纠缠的。也就是说闲置光的量子特性在通过级联的和频过程而发生频率转换后仍然保留了下来.
2)、在前面研究结果的基础上,我们又运用多组份连续变量纠缠的判据,讨论了信号光、闲置光与和频光三束光之间的纠缠特性.计算结果显示,这三个光场之间也是连续变量纠缠的,也就是说通过这样一个级联的非线性过程可以在一块超晶格中得到三组份连续变量纠缠态.另外,当下转换过程非简并时,可以产生三组份、三色连续变量纠缠光源.
3)、理论上提出了通过腔内增强的喇曼散射过程产生连续变量对纠缠频率梳,其中用一个六角极化的LiTaO3晶体来作为喇曼增益晶体.斯托克斯喇曼散射光和反斯托克斯喇曼散射光的密度通过准相位匹配级联的参量放大过程得到极大的增强.我们运用连续变量纠缠的判据讨论了这些喇曼散射光之间的纠缠特性。计算结果表明,不同阶的斯托克斯散射光和反斯托克斯喇曼散射光之间是不纠缠的,然而相同阶的斯托克斯和反斯托克斯喇曼散射光通过光学参量放大过程而相互纠缠,这表明利用这样一个增强的喇曼散射过程可以产生多对相同频率间隔的纠缠光源.
4)、提出了直接利用阈值以上的腔内光学参量放大过程产生三组份、三色连续变量纠缠光源。同样运用多组份连续变量纠缠的判据讨论了泵浦光、信号光和闲置光之间的纠缠特性.计算结果表明,在完全共振的情况下,即△0=△=0时,阈值以上的光学谐振腔中产生的三个光束之间是连续变量纠缠的。而且,当频率调谐△0和△比较小时,三个光束之间仍然是纠缠的。另外,频率调谐△的变化对三个光束的纠缠度的影响要大于△0变化对其的影响。