腔光力系统中量子纠缠态的产生

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量子纠缠,作为量子光学中最有吸引力的研究方向之一,不仅仅能帮助人们更深入地理解量子力学中的某些基本问题(如量子非局域性、量子退相干机制、波函数塌缩机制等),而且也是量子计算、量子信息处理以及构建量子网络过程中非常重要的量子资源。连续变量量子纠缠态光场,在实现量子计算指数加速、可扩展性和较强的纠错能力方面有着特有的优势。制备连续变量纠缠态光场的传统方法是利用光学参量过程,主要集中在光频波段,在能量守恒条件的限制下也很难拓展到其他频段。而在构建的量子网络中常常会遇到频率不同的量子“节点”,这就需要制备能够连接不同频率系统的纠缠态。光力学系统中的力学振子,由于其几乎可以与任意频段的电磁场耦合,从而使得制备不同频段电磁场的纠缠态成为可能。我们希望能够在考虑实际实验条件的基础上找到利用光力学系统产生连续变量纠缠态光场的合理方案,并研究输出场的纠缠特性的参数依赖性。之后还提出了一种在频率相同偏振不同的双泵浦腔光力系统的腔外加入滤波器和分束器,滤波输出的光场在分束器作用后后可以实现四组份纠缠,这对于实际实验中制备多组份纠缠具有重要的价值。本论文完成的工作主要包含以下内容:(1)研究了一种特殊的腔光力学系统中输出滤波的纠缠增强效应。当机械振子的频率是腔的自由光谱区间隔的一半时,仅用单个泵浦场即可使得腔的两个纵模同时与机械振子发生相互作用,并实现光模与光模、光模与机械振子之间的纠缠,且光模之间的纠缠具有鲁棒性,我们研究了将腔内的两个光模输出腔外后光模之间的纠缠情况,结果表明滤波输出后的两个光模之间仍存在稳态纠缠,并且可以通过优化相关滤波参数来获得更大的纠缠度,这对于实际实验中制备和输出纠缠态光场具有重要的参考价值。(2)提出了基于上述腔光力学系统的产生四组份连续变量纠缠态光场的方案。采用包含不同偏振成分的泵浦光,可实现两种偏振的双纵模与力学振子之间的三组份纠缠,滤波输出后经过分束器耦合,可实现四组份纠缠光场,并进一步讨论了纠缠结构对分束器中相位的依赖。
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