冷原子系綜中制備糾纏光子對的實驗研究.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)仍面臨嚴峻的考驗。為了解決這個問題，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的實用型量子中繼實驗方案，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>　　實驗過程中往往將關(guān)聯(lián)光子對的產(chǎn)生作為糾纏光子對產(chǎn)生的基礎(chǔ)。目前，比較常見的產(chǎn)生關(guān)聯(lián)光子對辦法是自發(fā)參量下轉(zhuǎn)換。該方案實驗裝置較為簡單，易操作，但是產(chǎn)生的光子線寬一般處于THz量級，和量子記憶線寬不匹配。2008年，潘建偉小組通過腔增強的SPDC方案將光子對線寬壓窄到MHz量級，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小組從實驗上得以實現(xiàn)。
　　本論文首先利用自發(fā)Raman散射過程，在冷原子系綜中實現(xiàn)了關(guān)聯(lián)光子對的制備，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)生了一對斯托克斯和反斯托克斯光子，并對該關(guān)聯(lián)

4、光子對的特性進行了實驗研究。通過理論分析并選擇合適的讀光、寫光、失諧等實驗參數(shù)，研究了關(guān)聯(lián)光子對的產(chǎn)生率隨存儲時間的變化情況，以及二階強度關(guān)聯(lián)函數(shù)隨存儲時間的變化關(guān)系。另外，測量了反斯托克斯光子的宣布式單光子統(tǒng)計特性α隨存儲時間以及寫光激發(fā)率的變化關(guān)系。
　　(3)利用上述制備關(guān)聯(lián)光子的實驗過程，產(chǎn)生并收集到了兩對不同空間模式下的關(guān)聯(lián)光子對。測量了關(guān)聯(lián)光子的二階關(guān)聯(lián)函數(shù)以及符合計數(shù)隨存儲時間的變化關(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的偏振關(guān)聯(lián)函數(shù)，另外，通過對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，又測量了不同存儲時間下，單獨空間模式中的S值的變化情況。同時，在H-V、D-A、R-L三對正交基矢上通過對關(guān)聯(lián)光子做不同的投影測量獲得了存儲時間為30ns時刻態(tài)保真度F的值，并進一步測量了態(tài)保真度隨存儲時間的變化關(guān)系。最后，將四光子態(tài)中的其中一個光子施加合適的投影測量，觀察到了三光子GH