我们发现量子光学理论中一个新的积分变换,它不但能够反映量子光学中的Baker-Hausdorff公式的功效,而且可以实现相空间多项式和纠缠态的函数空间之间的变换。此变换可逆,且满足类Parseval定理。在相空间中结合Wigner变换和此新积分变换,可以得到相空间函数h(p,q)和其Weyl-Wigner对应算符之间的一个新的积分变换公式。

研究了任意阶的光子先增后减(CA)和光子先减后增(AC)相干态的非经典特性，并给出了相应的解析表达式。AC操作和CA操作由于湮灭算符和产生算符的不对易性，导致产生的两种态具有不同的非经典特性。文中首先给出了两种态的归一化因子的解析表达式，随后在此基础上研究了Mandel Q参数、光子数分布和Wigner函数等表征非经典特性的统计量，研究表明两种态都具有非常明显的非经典特性，并且AC操作比CA操作能产生更强的非经典性。

构造了由多模真空场|｛0j｝〉q和四个一般多模泛函相干态|｛f(m)j(x,y,x)｝〉q (m=1,2,3,4)这五个态任意线性叠加而成的五态叠加多模泛函量子叠加态光场|ψ(5)(fj)〉q 。利用多模压缩态理论,研究了态|ψ(5)(fj)〉q 的广义电场分量在其不等强度准对称叠加条件广义非线性不等幂次Nj次方振幅压缩特性。结果发现:① 态|ψ(5)(fj)〉q是一种普遍意义上的五态叠加多模泛函非经典光场;对于态|ψ(5)(fj)〉q的不等强度准对称叠加情形,无论压缩次数Nj取偶数还是取奇数,在一定的条件下,态|ψ(5)(fj)〉q 的广义电场分量就可呈现出任意次不等幂次且周期性变化的广义非线性Nj次方振幅压缩效应;② 态|ψ(5)(fj)〉q的多模泛函相干态中各模经典振幅和经典相位等的空间任意分布特征以及经典强度和经典振幅的任意非对称空间分布特征将对其不等幂次振幅压缩效应的压缩结果及压缩程度等产生直接的影响。

提出了一种基于腔辅助相互作用的远距离信息传递的方案。在该方案中，通过让一束相干光和一个囚禁在腔里面的原子进行相互作用，可以使相干光产生一个可控的相位偏移。用这种腔辅助相互作用完成了原子态和光场态之间信息的相互转移。最后我们演示了远距离信息传递方案，该方案在当前实验条件下是可行的，并且在理想条件下，成功的概率几乎为1。

加密系统中Alice端通过光纤传送相干态量子信号给Bob端,得到的一系列相关的高斯连续变量,然后从中提取出二进制密钥,这一过程称作高斯连续变量量子密钥分发。其中的数据协调步骤,即对相关连续变量的错误校正,是本文的研究问题。本文在分层错误校正协议(SEC)和多电平编码／多级解码(MLC／MSD)协议的基础上,用基于LDPC码的Slepian-Wolf编译码器实现协调。根据连续变量的多级Tanner信息传输流图,本文推导了多级迭代的内信息和外信息置信传播(LLR-BP)更新公式,并用实验比较了MSD三种译码模式的收敛性质及性能。仿真结果表明该算法可在信道信噪比2.5 dB以上实现10000个连续变量序列的可靠协调,协调效率可达92.3％。

InGaAs／InP雪崩二极管(APD)可用于探测光通讯波段的单光子。APD工作于门模盖革模式时,单个光子引起的雪崩电流信号通常淹没在电容瞬时充放电脉冲中,光电流信号提取困难。本文通过调整实验参数和APD的寄生电容,使雪崩信号与放电脉冲在时域上有效叠加,并由高速比较器将光电流信号直接甄别出来。本文设计的基于InGaAs／InP APD的单光子探测系统,运行稳定,方法简单可靠,说明这种利用APD的电容特性提取单光子信号是一种有效的方法。

利用全量子理论,对伴随多光子跃迁时与Glauber-Lachs态相互作用的两个原子间的纠缠特性进行了研究,主要讨论了相干平均光子数、热平均光子数和跃迁光子数对系统中原子间的纠缠特性的影响。结果表明:系统中原子间的纠缠度是相干平均光子数的非单调函数;随着热平均光子数和跃迁光子数的增加,系统中原子间的纠缠度有减小的趋势,伴随双光子跃迁时系统中原子间的纠缠度随时间的演化呈现周期性。

基于低品质腔，我们提出了一个光子系统的多体纠缠纯化方案(multipartite entanglement purification protocol，简称MEPP)。在这个方案中，通过执行比特反转纠错和相位反转纠错这两个步骤，多光子缠态就能够被纯化。而且可以重复这两步，来得到一个高保真度的纠缠光子态。通过光子在低品质腔中的输入输出过程，光子极化态的宇称能被非破坏性的探测。不同于其他的MEPP，这个方案在目前的实验条件下是非破坏性的而且是可行的。

研究了一个二能级原子在光子禁带模型中的原子与热库间及热库模式间的纠缠动力学行为。利用全局纠缠的方法,引出与热库模式相关的纠缠密度。研究发现,当禁带是完美带隙时,会出现稳态原子布居数俘获现象,从而抑制原子的自发辐射效应,防止了信息传输过程中信息的流失。原子与热库模式之间的纠缠密度以及热库模式与模式之间的纠缠密度会随着原子与热库之间耦合强度的增加而增大。当取长时极限时,原子与热库模式之间的纠缠减为零。热库模式与模式之间在强耦合情况下,由于拉比分裂的作用,在两个对称模式间会形成较强的纠缠;在弱耦合情况下,只能在中心频率处形成纠缠。

初始处于纠缠的原子与附加类克尔介质的光腔相互作用,运用共生纠缠的度量方法对原子间的纠缠演化动力学进行研究,分析了腔场粒子数、介质非线性效应及原子与腔场的失谐量对纠缠演化的影响,发现处于腔场真空态下原子间的纠缠作周期性震荡演化,而处在腔场粒子数态下的原子在演化过程中发生纠缠突然死亡现象;在非线性克尔介质作用下,处于腔场粒子数较小范围内(n≤5)的原子间也会产生纠缠突然死亡现象;但随着腔场粒子数的增加纠缠突然死亡现象消失而且一定程度上可以达到纠缠初始值;当腔场处于任意粒子数态时,由于非线性效应的影响,均可抑制纠缠突然死亡现象的发生;当腔场在没有类克尔介质作用时,原子与腔场间的失谐量同样可以避免纠缠突然死亡现象的发生。

我们在实验上基于铯原子的2D+磁光阱获得了通量为8.5×1010原子／s、平均速度与速度分布分别为16 m／s与4 m／s、空间发散角为25 mrad的冷原子束流,通过相敏的飞行时间法对原子束流的通量进行了准确测量,并对背景原子气压、推送光功率以及冷却光失谐等参量对原子束流的影响进行了实验研究与分析。

我们研究了与包含三能级原子的纳米腔相耦合的一维耦合谐振器波导中的单光子散射,分别讨论了纳米腔与耦合谐振器波导局域和非局域的两种耦合方式。在局域耦合的情况下,不同偏振光子的透射及反射波谱关于共振点对称。而在非局域情况下,透射和反射系数中的对称性消失,峰和谷的位置向失谐较大处移动。耗散对单光子散射也会产生影响。

在考虑半导体量子阱中导带电子对外加激光场非局域光学响应的情况下,利用格林函数方法推导出了光透射率的解析表达式,并以典型的GaAs／AlGaAs为材料的Poschl-Teller量子势阱为例进行数值计算。计算结果表明,由于电子对激光场的非局域光学响应,半导体量子阱的透射光谱的谱线在共振峰附近出现明显地蓝移,蓝移的大小与量子阱宽度有紧密的联系。在有效的纳米尺度范围内,半导体量子阱越宽,透射谱线的蓝移也就越大。另外,光场强度和量子阱结构参数等因素对透射光谱的影响也被澄清。