低维量子结构与调控教育部重点实验室, 物质微结构与功能湖南省重点实验室, 物理系和量子效应及其应用协同创新中心, 湖南师范大学, 湖南 长沙 410081
混合腔光力系统同时包含一次和二次光力相互作用。本文研究了混合腔光力系统中的双光子散射问题。在Wigner-Weisskopf框架下,通过求解散射过程,获得了混合腔光力系统散射态的解析表达式,揭示了双光子散射的4个物理过程:1)双光子均被直接反射,不进入腔中;2)一个光子被直接反射,另一个光子入射进腔中;3)两个光子按次序先后入射进腔中,但腔中最多只有一个光子;4)两个光子均入射进腔中。通过分析双光子散射谱,发现在该散射过程中可以产生双光子频率反关联,并且发现了混合腔光力系统中的参数与双光子散射谱特性之间的联系。该研究不仅提供了一种产生关联光子对的散射方法,而且提出了一种表征光力系统参数的光谱方法。
天津大学精密仪器与光电子工程学院光电信息技术教育部重点实验室, 天津 300072
光纤中的三阶非线性效应可用于多种量子态的制备,为量子信息的研究提供了一种有效的工具。光纤波导结构具有非线性作用长度长以及传输损耗低的特点,这可使非线性效应显著增强;而且波导结构中所产生的量子态具有纯净的空间模式,这有利于量子态的收集和操控;此外现有光纤和光纤器件具有工艺成熟、稳定高效和成本低廉的特点,这使得基于光纤的量子光源具有小型化、低成本以及可与现有光纤网络高效集成的优势。对基于光纤的量子关联光子对的制备工作进行回顾,主要内容包括利用不同种类的光纤实现不同波段、不同频谱特性的关联光子对,以及不同自由度的纠缠关联光子对。
1 苏州大学 江苏 苏州 215006
2 上海航天电子技术研究所, 上海 201109
量子微波兼具量子信号的量子特性以及微波频段信号的中远距离传播的能力, 在通信、雷达、导航和定位等诸多方面具有广阔的应用前景。本文针对目前在量子微波接收方面的研究相对较少的现状, 总结和分析了量子微波的特性及其接收方法。首先, 介绍微波单光子、纠缠微波光子对以及压缩态和纠缠态微波场的特性和制备方法; 然后, 重点梳理和总结量子微波在量子雷达以及相关物理系统中的接收方法、检测方法、和研究现状; 最后, 指出量子微波接收技术中存在接收端探测信号较弱、微波频段量子纠缠态检测技术不够成熟, 以及量子检测算符有待进一步最优化等问题。针对这些问题, 梳理了几种降低接收端的噪声, 提高探测信号的信噪比, 以及基于纠缠见证的路径纠缠微波检测方案, 从而完成了量子微波从制备到接收的一个完整链路的梳理工作, 希望能为量子微波发射和接收系统技术的发展提供一些参考。
量子微波 量子微波雷达 回波接收 微波单光子 纠缠光子对 压缩态 纠缠态微波场 quantum microwave quantum microwave radar echo receiving single microwave photon entangled microwave photon pair squeezed state entangled state microwave fields
1 天津大学精密仪器与光电子工程学院, 天津 300072
2 教育部光电信息技术科学重点实验室, 天津 300072
利用光子晶体光纤中产生的一对波长可分别在750 nm～880 nm和1 310 nm～1 620 nm范围内连续调谐的量子关联光子, 对一台待测单光子探测器在覆盖O, C和L三个通信波段的多个选定波长处进行了量子效率的标定测量。该方法可用于在这三个波段内任意波长处绝对标定单光子探测器的量子效率。
单光子探测器 量子效率 关联光子对 绝对标定 single photon detector quantum efficiency correlated photon pairs absolute calibration
1 中国人民解放军陆军工程大学研究生院, 江苏 南京 210000
2 中国人民解放军军事科学院系统工程研究院, 北京 100071
硅基微环腔的结构参数、半导体特性和工艺形貌会对相关光子对输出重复频率产生重要影响。将晶体硅非线性损耗计入输出重复频率的仿真计算,推导出全通型硅基微环腔自发四波混频效应模型,并利用该模型研究了全通型硅基微环腔品质因数、微环腔半径、晶体硅自由载流子寿命等参数对输出重复频率的影响。结果表明,当外品质因数取值5×104, 抽运功率达到15 mW且继续升高时,输出重复频率反而降低;理想情况下微环腔半径越小,输出重复频率越高;对硅基微环腔相关光子对光源而言,提高输出重复频率的首选方案是降低自由载流子寿命。
微纳光学 硅基微环腔 自发四波混频效应 相关光子对光源 品质因数 micro-nano optics silicon micro-ring resonators spontaneous four-wave mixing effect correlated photon-pair sources quality factor
1 中国科学技术大学自动化系, 安徽 合肥 230027
2 北京卫星信息工程研究所天地一体化信息技术国家重点实验室, 北京 100086
通过II型自发参量下转换制备纠缠光子对,在Mathematica环境下分析频率纠缠、频率关联、量子干涉特性及脉冲和晶体参数对特性的影响。结果表明,连续光抽运可以得到最大的频率纠缠度和干涉可见度;脉冲光频宽一定时,随着非线性晶体厚度的增大,双光子的联合光谱变窄,频率纠缠度增大,不可区分性减小,干涉可见度减小;非线性晶体厚度一定时,随着脉冲光频宽的减小,双光子的联合光谱变窄,频率纠缠度增大,不可区分性增大,干涉可见度增大;选取不同的联合光谱函数参数,可以得到具有频率反关联、不关联和正关联特性的双光子。
光谱学 自发参量下转换 纠缠光子对 联合光谱 单光子光谱 纠缠度 干涉可见度 激光与光电子学进展
2019, 56(4): 043002
1 空军工程大学信息与导航学院, 陕西 西安710077
2 中国人民解放军31007部队, 北京 100079
3 西安通信学院信息安全系, 陕西 西安 710006
提出了一种基于预报相干光子对(HPCS)的测量设备无关量子密钥分发(MDI-QKD)协议的改进方案, 降低了长距离量子密钥分发中由暗计数引起的误码率。仿真结果表明, 与弱相干光源相比, HPCS能降低空脉冲数量比例从而增加安全传输距离; 与预报单光子源相比, HPCS能提高单光子脉冲数量比例从而提高安全密钥生成率。分析了有限密钥长度对基于HPCS的三诱骗态MDI-QKD的影响。
量子光学 测量设备无关量子密钥分发 弱相干光源 预报相干光子对 统计波动分析 激光与光电子学进展
2017, 54(12): 122703
1 山西大学光电研究所 量子光学与光量子器件国家重点实验室,山西 太原 030006
2 山西大学 极端光学协同创新中心,山西 太原 030006
我们通过腔增强自发参量下转换方法产生了795 nm窄带偏振关联光子对,利用波片组合对两个不同偏振光子之间的相位差进行了补偿,通过单光子符合计数后选择获得了偏振纠缠光子对。对两路输出光子进行D(+45°偏振)或A(-45°偏振)偏振投影,分别在DD和DA偏振基下测量了干涉对比度V=NDD-NDANDD+NDA随补偿半波片的角度变化,干涉对比度在补偿角为10°时达到最大92％。在补偿角度为10°时,测量得到纠缠光子对S值为26±007,违背Bell-CHSH不等式857个标准差。
自发参量下转换 偏振纠缠光子对 相位补偿 spontaneous parametric down conversion polarization entangled photon pairs phase compensation
1 山西大学光电研究所 量子光学与光量子器件国家重点实验室,山西 太原 030006
2 山西大学 极端光学协同创新中心,山西 太原 030006
本文在87Rb冷原子系综中通过自发拉曼散射过程进行了量子关联光子对产生的实验研究,测量了关联光子对的产生率和二阶关联函数g(2)随写光激发率、读光功率以及写光失谐等实验参数的关系曲线。结果表明:随着写光激发率的增加,光子对产生率线性增加,g(2)则不断减小;在小的读光功率处,光子对产生率和g(2)随着读光功率增加而增大,当读光功率超过30 mW后,产生率和g(2)随着读光功率增加反而有所下降;写光频率失谐为-5 MHz时光子对产生率和g(2)均达到最低,增大或减小写光失谐产生率和g(2)均逐渐增加。通过选取合适的实验参数,光子对产生率达到18对／秒,同时g(2)为106。本文的研究结果为产生高质量的纠缠源提供了实验基础。
冷原子系综 自发拉曼散射 量子关联光子对 二阶关联函数 cold atomic ensemble spontaneous raman scattering quantum correlated photon pairs the second-order correlation function
