非高斯光场的非经典性及其退相干

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近些年来,量子信息学的发展促使光场非经典态的理论和实验研究成为现代物理的研究热点之一,特别是描述光场的非高斯态,因为它的重要性远远超过了传统的高斯态.因此,新非高斯态的构造和产生成为量子光学中重要的研究课题.迄今为止,物理学家已建立了多种产生新非高斯态的方案,其中光子增加或扣除是目前获得光场非高斯态的一种行之有效的方法.另一方面,非高斯态作为信息源不仅可以改善隐形传输、量子存储和量子克隆,而且它所具有的非高斯特征在实现量子纠错、纠缠蒸馏和簇态的量子计算等方面起到关键性的作用.然而,当非高斯光场在媒介中传播时,不可避免地受到外界环境的影响,使系统发生耗散或相移,从而恶化光场的非经典特征而导致退相干.因此,非高斯光场的量子特性及其在开放系统中退相干演化成为量子物理中重要的研究课题.基于非高斯光场在量子光学和量子信息学中的重要性,本文主要在理论上讨论一系列非高斯光场的非经典特征及其在不同通道中的退相干行为.本文的主要研究工作包括以下四个方面:1.基于热纠缠态|τ?表象给出的激光通道中密度算符ρ(t)的无限维算符和表示,推导出了压缩粒子数态和压缩热态的密度算符及其Wigner函数的解析演化公式,并分析了一些特殊的情况.探查并比较了两种量子态在激光通道中的退相干问题.2.给出了多光子扣除压缩真空态的归一化系数的简洁表示,解析和数值研究了它的压缩特性、光子数分布的震荡行为和Wigner函数的负性,重点讨论了它的Wigner函数在两种不同的通道(热通道和相位阻尼)中的解析演化规律和退相干行为.此外,比较了多光子扣除压缩真空态所具有的非经典性和退相干效应与单光子扣除情况的不同之处.3.引入了一个新的非高斯量子态——光子增加双模压缩热态,推导出了归一化因子的简洁表达式,讨论了一些可调控参数对它的量子统计特性的影响.根据Wigner函数的部分负性及其在热环境中的解析演化,重点讨论了光子增加双模压缩热态的退相干特征及其对非经典特性的影响.作为可以量化量子态非高斯特征的非高斯性测量,计算了光子增加双模压缩热态的保真度.4.借助纠缠态|η?表象,推导出了双变量厄米多项式态的Wigner函数的解析表达式并基于此函数数值研究了它的非经典性质.引入纠缠态|η,τ1,τ2?表象得到了双变量厄米多项式态的光学Tomogram.根据热通道中Wigner函数的演化规律,重点讨论了双变量厄米多项式态的退相干效应,进而比较了它在热通道和振幅耗散通道中经历退相干所需时间的长短.
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