铷原子系综中四波混频过程线性量子操控的理论研究

论文摘要

光场的压缩态,纠缠态等非经典态在量子科学基础研究和量子信息与量子精密测量等应用中都是重要的资源。随着量子科学研究的推进,需要实现对于量子态的操控以完成更为复杂的研究工作。本论文基于85Rb原子系综中的四波混频过程,通过引入线性光学元件光学分束器（beam splitter）,分别构造不同的系统,研究了在各个参数的影响下,对于系统输出的量子态操控的理论研究。本论文主要分为三个部分:（1）.我们将线性分束器引入基于铷原子系综的四波混频过程,构建了相干反馈操控下的四波混频系统,并在此系统下探究了反馈操控下产生光束的强度差压缩。通过改变四波混频的增益、线性光学分束器的透射率、以及光路传输中引入的相位这些参数,来探究各个参数对强度差压缩的影响。我们发现在特定参数下,相干反馈系统输出光的强度差压缩与传统的四波混频系统相比得到了增强,并给出了增强所对应的参数范围和对应的最大压缩度。此外基于此系统,我们探究了输出光束之间可能存在的两光纠缠。并且使用两种纠缠判据,Duan-Giedke-Cirac-Zoller（DGCZ）判据和部分转置保持正定判据来对系统中存在的纠缠在各参数影响下的变化进行分析。（2）.我们在基于四波混频的非线性SU（1,1）干涉仪中,通过引入线性光学分束器来构造相干反馈控制下的非线性SU（1,1）干涉仪。我们在保证干涉仪内部光子数守恒的条件下,通过对线性光学分束器的透射率以及光路传输中所引入相位的改变来探究在直接强度探测下,系统输出的探测光光场和共轭光光场的相位灵敏度。我们发现通过改变反馈系统参数可以实现对输出光相位灵敏度的操控,在特定反馈参数下可以实现输出光场相位灵敏度的提升。（3）.最后我们基于级联四波混频系统产生多光束纠缠的理论计算基础上,在光束传播路径中通过线性分束器引入真空扰动,来模拟实验不可避免的光学损耗。通过改变线性分束器的透射率来操控系统中引入的损耗,探究不同损耗率对于级联四波混频系统产生的三光束纠缠和四光束纠缠的纠缠范围和纠缠度的影响,并探究了三光纠缠和四光纠缠中各个子系统内部的纠缠在不同损耗率下的改变。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
•   1.1 光场的量子态描述
•     1.1.1 光子数态
•     1.1.2 相干态
•     1.1.3 单模压缩态
•     1.1.4 双模压缩态
•     1.1.5 纠缠态
•   1.2 铷原子系综中的四波混频过程
•   1.3 本论文的研究工作
• 第二章 相干反馈操控的四波混频的研究
•   2.1 研究背景
•   2.2 相干反馈操控下的四波混频系统
•   2.3 反馈系统下的量子压缩研究
•   2.4 反馈系统下的量子纠缠研究
•     2.4.1 DGCZ判据
•     2.4.2 部分转置保持正定判据
•   2.5 小结
• 第三章 相干反馈控制下非线性SU（1,1）干涉仪灵敏度研究
•   3.1 研究背景
•   3.2 相干反馈操控下的非线性SU（1,1）干涉仪系统
•   3.3 非线性SU（1,1）干涉仪在不同反馈操控下灵敏度
•     3.3.1 对探测光光场的相位灵敏度操控
•     3.3.2 对共轭光光场的相位灵敏度操控
•   3.4 小结
• 第四章 损耗效应对于产生多光束量子纠缠影响的探究
•   4.1 研究背景
•   4.2 损耗效应对级联四波混频系统三光纠缠的影响
•     4.2.1 损耗条件下级联四波混频产生三光纠缠系统
•     4.2.2 三光纠缠
•     4.2.3 两光纠缠（三光纠缠的子系统）
•   4.3 损耗效应对级联四波混频系统四光纠缠的影响
•     4.3.1 损耗条件下级联四波混频产生四光纠缠系统
•     4.3.2 四光纠缠
•     4.3.3 三光纠缠（四光纠缠的子系统）
•     4.3.4 两光纠缠（四光纠缠的子系统）
•   4.4 小结
• 总结与展望
• 附录A 部分转置保持正定判据计算量子纠缠的Mathematica代码
•   A.1 损耗效应下三光纠缠代码
•   A.2 损耗效应下两光纠缠代码（三光子系统）
•   A.3 梯度图颜色设置及绘图代码示例
• 附录B 个人简介及联系方式
• 参考文献
• 致谢
• 在学期间的研究成果及发表的论文

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 魏天祥

导师: 荆杰泰

关键词: 四波混频,量子纠缠,量子操控,量子压缩

来源: 华东师范大学

年度: 2019

分类: 基础科学

专业: 物理学

单位: 华东师范大学

分类号: O431.2

总页数: 69

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