基于调制光场的光量子信息实验研究

发布时间：2023-02-25 19:58

　　量子力学是20世纪新兴学科,它的发展为世界带来了伟大的变革。量子物理的基本问题研究一直如火如茶。量子信息是关于信息学和量子物理的新兴交叉学科,量子通讯、量子计算的发展成为当前阶段推动人类文明发展的重要手段。线性光学系统作为一个最早和最成熟的用于实现量子通讯,量子计算实验方案的系统,具有良好的发展前景。并且也是研究量子物理基本问题的非常有效的平台。对于量子态的制备,测量和操控,以及量子态与周围环境的可控操作,在量子物理研究中扮演着重要角色。光场调控为线性光学系统进行量子信息处理提供了有效的手段。本文主要基于调控光场来进行量子态的制备、测量,以及开放系统演化中系统-环境态的塑造,从而在光子系统上实现特定的量子信息任务。其主要内容包括:1.搭建了适合于长距离纠缠传输的基于PPKTP晶体的高维轨道角动量纠缠源,具有88.8%的高保真度,以及100G的窄带宽。设计并实现了轨道角动量模式色散预补偿装置,在此基础上实现了一公里三维轨道角动量纠缠的传输且验证了高维非局域性,传输后量子态仍保持71%保真度。根据光纤中的噪声类型,我们给出了进一步扩展维度和距离的方案。2.设计了基于衍射效率调制的频谱塑造装...

【文章页数】：113 页

【学位级别】：博士

【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第1章 绪论
第2章 光子的轨道角动量
    2.1 光子轨道角动量的背景
    2.2 拉盖尔-高斯光束
    2.3 轨道角动量光束的制备、测量和应用
        2.3.1 轨道角动量光束的制备
        2.3.2 光子轨道角动量的测量
        2.3.3 光子轨道角动量的应用
第3章 参量下转换过程
    3.1 参量下转换光场量子态
    3.2 普通Ⅰ型和Ⅱ型相位匹配纠缠源
        3.2.1 type-Ⅰ型纠缠源的制备
        3.2.2 type-Ⅱ型纠缠源的制备
        3.2.3 准相位匹配和周期性极化晶体
    3.3 三明治型beam-like纠缠源的搭建
第4章 高维轨道角动量纠缠分发
    4.1 OAM纠缠分发已取得的相关成果
        4.1.1 自由空间OAM纠缠分发
        4.1.2 光纤OAM纠缠分发
    4.2 OAM纠缠分发实验方案
        4.2.1 OAM纠缠源的制备
        4.2.2 SLM的校正以及相位-强度调制OAM光栅编写
        4.2.3 光纤模式理论
        4.2.4 实验装置及实验结果
        4.2.5 进一步距离和维度扩展方案
    4.3 小结
第5章 基于过去-未来关联的量子马尔科夫性探究
    5.1 量子马尔科夫性的判定
        5.1.1 经典马尔科夫性与量子马尔科夫性
        5.1.2 基于信息流的BLP量子马尔科夫性判据
        5.1.3 基于映射可分性的RHP量子马尔科夫性判据
    5.2 我们的方案
    5.3 可控开放系统消相干演化信道的模拟
    5.4 实验内容及结果
        5.4.1 高斯频谱
        5.4.2 洛伦兹频谱
        5.4.3 双峰高斯频谱
    5.5 小结
第6章 多体量子关联和相干性在消相干环境的实验研究
    6.1 多体系统中量子相干性分布
        6.1.1 量子相干性度量
        6.1.2 多体系统中量子相干性分布
    6.2 多光子系统量子关联和相干性演化实验
        6.2.1 实验装置和态制备
        6.2.2 实验结果
    6.3 小结
第7章 非马尔科夫消相干环境下多光子量子精密测量
    7.1 量子精密测量
    7.2 消相干环境下的量子精密测量
        7.2.1 实际实验噪声水平下可行性分析
        7.2.2 多光子GHZ态制备和演化
    7.3 小结
第8章 总结与展望
参考文献
致谢
在读期间发表的学术论文与取得的研究成果



本文编号：3749097