基于糾纏光源的量子成像理論與實(shí)驗(yàn)研究.pdf

1、量子成像自二十世紀(jì)九十年代被發(fā)現(xiàn)后，由于其新奇的非局域特性引發(fā)了物理學(xué)界極大的興趣。量子成像是新興的量子信息與成像光學(xué)的交叉前沿?zé)狳c(diǎn)，在生命科學(xué)、信息技術(shù)、國(guó)防軍事等領(lǐng)域有著廣闊的應(yīng)用前景。近年來(lái)可見(jiàn)光波段經(jīng)典熱光場(chǎng)的量子成像已有大量的研究工作并取得了重要的進(jìn)展。另外，量子成像的研究一方面向著短波的方向推進(jìn)，如基于X射線的量子成像;另一方面費(fèi)米子的量子成像也吸引了大量的關(guān)注，如熱中子、電子等。
　　 量子糾纏是存在于多子系量子系

2、統(tǒng)中的一種奇妙現(xiàn)象，即對(duì)一個(gè)子系統(tǒng)的測(cè)量結(jié)果無(wú)法獨(dú)立于對(duì)其他子系統(tǒng)的測(cè)量參數(shù)。以糾纏雙光子為例，無(wú)論兩個(gè)光子相距多遠(yuǎn)，它們都保持著特別的關(guān)聯(lián)性，即當(dāng)其中一個(gè)被操作而狀態(tài)發(fā)生變化時(shí)，另一個(gè)也會(huì)即刻發(fā)生相應(yīng)的狀態(tài)變化。量子糾纏無(wú)論對(duì)于一些基本物理問(wèn)題的檢驗(yàn)，還是對(duì)于實(shí)際應(yīng)用，如量子通信、量子計(jì)算，都有著極其重要的意義。
　　 自發(fā)參量下轉(zhuǎn)換是制備糾纏雙光子源最常用的手段，它利用非線性晶體的二階非線性效應(yīng)，可以產(chǎn)生極化糾纏、角動(dòng)量糾纏

3、、時(shí)間-能量糾纏。自發(fā)參量下轉(zhuǎn)換過(guò)程中，滿足能量守恒和動(dòng)量守恒，因此產(chǎn)生的兩個(gè)光子在時(shí)間和空間上有著一定的關(guān)聯(lián)性質(zhì)。
　　 經(jīng)典光學(xué)成像空間分辨率受制于瑞利衍射極限，即受光學(xué)設(shè)備及波長(zhǎng)限制。理論計(jì)算表明:在量子成像架構(gòu)下，當(dāng)使用N光子糾纏源時(shí)，成像的空間分辨率比起經(jīng)典光學(xué)提高N倍。隨著超高亮度多光子糾纏源制備技術(shù)的發(fā)展，多光子量子成像成為可能。
　　 本論文研究了糾纏雙光子源的量子成像，從理論和實(shí)驗(yàn)上深入探討了糾纏光源性

4、質(zhì)及成像架構(gòu)對(duì)量子成像的影響。為將來(lái)三光子甚至四光子糾纏源量子成像實(shí)驗(yàn)進(jìn)行相關(guān)理論及技術(shù)準(zhǔn)備。論文的主要研究?jī)?nèi)容及創(chuàng)新點(diǎn)如下:
　　 1.從理論上分析了糾纏光源特性對(duì)量子干涉成像的影響。對(duì)于自發(fā)參量下轉(zhuǎn)換方法制備的糾纏光源，針對(duì)相位匹配提出并分析了兩種數(shù)學(xué)模型。通過(guò)數(shù)值模擬發(fā)現(xiàn)對(duì)于實(shí)際量子成像所用非線性晶體，兩種模型是等價(jià)的。
　　 2.設(shè)計(jì)基于Ⅱ型非共線參量下轉(zhuǎn)換糾纏光源的量子成像實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，包括量子糾纏光源的制備、數(shù)據(jù)