冷原子系綜中制備糾纏光子對(duì)的實(shí)驗(yàn)研究.pdf

1、作為量子通信最核心的資源，糾纏態(tài)的制備一直備受關(guān)注。由于光量子信息在光纖傳輸中存在不可避免的吸收損耗的問題，長距離的量子密鑰分發(fā)仍面臨嚴(yán)峻的考驗(yàn)。為了解決這個(gè)問題，1998年首先提出了量子中繼的理論方案，接著2001年，段路明等提出了基于原子系綜和線性光學(xué)的實(shí)用型量子中繼實(shí)驗(yàn)方案，即著名的DLCZ(Duan,Lukin，Cirac，Zoller)方案。目前，基于該方案的高質(zhì)量糾纏源制備問題已經(jīng)成為量子物理研究領(lǐng)域的主要研究內(nèi)容之一。

2、r>　　實(shí)驗(yàn)過程中往往將關(guān)聯(lián)光子對(duì)的產(chǎn)生作為糾纏光子對(duì)產(chǎn)生的基礎(chǔ)。目前，比較常見的產(chǎn)生關(guān)聯(lián)光子對(duì)辦法是自發(fā)參量下轉(zhuǎn)換。該方案實(shí)驗(yàn)裝置較為簡單，易操作，但是產(chǎn)生的光子線寬一般處于THz量級(jí)，和量子記憶線寬不匹配。2008年，潘建偉小組通過腔增強(qiáng)的SPDC方案將光子對(duì)線寬壓窄到MHz量級(jí)，但是該方案技術(shù)要求較高。為了解決線寬匹配困難的問題，一些研究小組開始使用自發(fā)Raman散射過程(SRS)來產(chǎn)生光子之間的非經(jīng)典關(guān)聯(lián)。該方案最早在2003年

3、由美國的Kimble小組從實(shí)驗(yàn)上得以實(shí)現(xiàn)。
　　本論文首先利用自發(fā)Raman散射過程，在冷原子系綜中實(shí)現(xiàn)了關(guān)聯(lián)光子對(duì)的制備，并在此基礎(chǔ)上，產(chǎn)生了兩路糾纏光子源，最后通過施加合適的投影測量獲得了三光子的GHZ態(tài)。本文的主要內(nèi)容有:
　　(1)簡單介紹了冷原子和量子糾纏的發(fā)展歷程，以及DLCZ方案的基本原理。
　　(2)在87Rb冷原子中，利用自發(fā)Raman散射過程(SRS)，產(chǎn)生了一對(duì)斯托克斯和反斯托克斯光子，并對(duì)該關(guān)聯(lián)

4、光子對(duì)的特性進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究。通過理論分析并選擇合適的讀光、寫光、失諧等實(shí)驗(yàn)參數(shù)，研究了關(guān)聯(lián)光子對(duì)的產(chǎn)生率隨存儲(chǔ)時(shí)間的變化情況，以及二階強(qiáng)度關(guān)聯(lián)函數(shù)隨存儲(chǔ)時(shí)間的變化關(guān)系。另外，測量了反斯托克斯光子的宣布式單光子統(tǒng)計(jì)特性α隨存儲(chǔ)時(shí)間以及寫光激發(fā)率的變化關(guān)系。
　　(3)利用上述制備關(guān)聯(lián)光子的實(shí)驗(yàn)過程，產(chǎn)生并收集到了兩對(duì)不同空間模式下的關(guān)聯(lián)光子對(duì)。測量了關(guān)聯(lián)光子的二階關(guān)聯(lián)函數(shù)以及符合計(jì)數(shù)隨存儲(chǔ)時(shí)間的變化關(guān)系。通過改變斯托克斯光子的測量角

5、度還測量了兩路光子對(duì)的偏振關(guān)聯(lián)函數(shù)，另外，通過對(duì)斯托克斯和反斯托克斯光子施加不同的投影，還測量了兩個(gè)不同空間模式下的關(guān)聯(lián)光子的Bell參數(shù)S的值。接著，又測量了不同存儲(chǔ)時(shí)間下，單獨(dú)空間模式中的S值的變化情況。同時(shí)，在H-V、D-A、R-L三對(duì)正交基矢上通過對(duì)關(guān)聯(lián)光子做不同的投影測量獲得了存儲(chǔ)時(shí)間為30ns時(shí)刻態(tài)保真度F的值，并進(jìn)一步測量了態(tài)保真度隨存儲(chǔ)時(shí)間的變化關(guān)系。最后，將四光子態(tài)中的其中一個(gè)光子施加合適的投影測量，觀察到了三光子GH