空間壓縮糾纏光場研究

《空間壓縮糾纏光場研究》是依託山西大學，由楊榮國擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：空間壓縮糾纏光場研究
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：楊榮國
• 依託單位：山西大學

項目摘要

壓縮糾纏態是量子光學量子信息領域最重要最基本的量子資源，可用於引力波探測，量子保密通訊等許多方面。但目前這方面研究主要集中在基於TEM00模的光場時間尺度上的量子糾纏特性，與之平行的另外的一個研究方向，即空間量子壓縮糾纏態，是基於高階橫模連續波的空間量子關聯特性。空間壓縮糾纏態在空間信息傳輸、超高精細度的測量、量子成像及圖像傳輸、量子全息術、無噪聲圖像放大等方面有重要的套用前景。我們擬利用周期極化晶體PPKTP組成的兩個光學參量放大器製備TEM01模的壓縮態光場，通過橫模壓縮光和作為本底信號的TEM00模相干態光場耦合產生空間壓縮糾纏態光場，研究空間壓縮糾纏態光場的產生及其量子特性，提高空間壓縮糾纏光的糾纏度與穩定性，與此同時，研究探索基於該系統的量子測量。

結題摘要

傳統的連續變數糾纏態光場是基於TEM00模套陵蘭，同時另外一個平行的領域是空間量子光學、空間量子信息，對應的是光學模的橫向小位移d和指向夾角θ，也對應連續變數光場的正交振幅和正交位相分量。不同的是空間壓縮糾纏態具有空間量子關聯特性，是一種基於高階橫模TEM01模的光場。該光源可套用於空間信息傳輸、量子成像及圖像傳輸、量子全息術、無噪聲圖像放大等方面，尤其在超高精細度測量有重要的套用價值。基於空間壓探鑽縮態的小位移測量能超越標準量子極限。高階橫模也可以為量子信息方案提供複雜性，可套用於量子信息的並行傳輸、多通道量子密鑰分配。該領域的研究已引起了人們的極大關注，2003年N. Treps,等人實驗上實現量子雷射指針。2007年M. Lassen等人通過精細的調節非線性晶體的相位匹配和光學參量放大器的腔共振條件得到了多和潤悼高階橫模的壓縮態光場。2008年，澳大利亞國擊拒盛立大學產生了空間糾纏態光場，2013年基於此類光場開展了生物測量實驗。對於該方向的研究，我們研究小組做了如下工作。 我們從實驗上有效、穩定地獲得了TEM01模的壓縮態光場，測得其壓縮蘭項道漿度為2.2dB，利用量子層析測量技術得到了該量子態在相空間的Wigner準機率分布函式；基於 TEM01模壓縮光場實驗上產生了空間壓縮態光場，並利用該光場實現了超越標準量子極限的空間小位移測量；實驗上研究了兩個一階簡併模同時產生於一個光學參量放大器，其壓縮度為-2.8dB和-1.6dB；利用兩個光學參量放大器產生兩個TEM01模壓縮光，並經分束器耦合得到了TEM01模的糾纏態光場；從Ⅱ類非簡併光學參量過程的半經典運動方程出發，討論了閾值以下下轉換過程中，產生的信號光和閒置光之間存在多元的糾纏頻率梳特性；實驗上研究了λ型原子系綜通過受激非簡併四波混頻過程產生量子關聯的孿生光束，測得2.5dB的強度差壓縮；我們設計實現了一個台婚體對稱補償方案，使TEM01模和TEM10模能在光學參量放大器中同時共振；研究了動態Stark效應對電磁感應透明系統的壓縮態噪聲譜和延遲時間的操縱；理論研究了希糊跨利用兩個倍頻光學腔級聯產生四組份糾纏光場；實驗研究了銫原子汽室中不同能級和不同溫度的原子在不同光強和不同偏振光作用下的光學厚度的測量。 這些研究成果對開展空間量子光學、空間量子信息、量子成像、精密光學測量、生物測量、引力波探測的研究探索奠定了基礎。