本文从量子光学的方法来引出双变量厄密多项式, 即用Fock空间中光子的产生算符和消灭算符不对易性,［a,a*］=1,说明双变量厄密多项式的来源并用它简捷明了地表述若干基本算符的排序恒等式。我们用有序算符内的积分理论(IWOP技术)讨论双变量厄密多项式的正交性和完备性,并指出双模厄密多项式在求正规乘积算符的P-表示中的应用。

通过高阶压缩效应,高阶反聚束效应和二阶亚泊松分布等统计性质,研究了压缩真空态的高阶非经典性质。采用数值计算方法,讨论了压缩参数对态的高阶非经典性质的影响。研究结果表明: 压缩真空态呈现出高阶压缩效应和四阶反聚束效应,并且这些非经典性质均随压缩参数增大而增强。但它未呈现出一至三阶反聚束效应,也没有展示出一阶亚泊松分布和二阶亚泊松分布等特性。

给出远程两态1→M概率量子克隆的方案和成功概率。相比标准的量子隐形传态传输1个粒子,整个系统需要消耗两个粒子而言,方案极大地节省了纠缠粒子数。本方案可以作为量子密码术中著名的B92方案的延拓。

量子干涉(QI)和Autler-Townes分裂(ATS)是原子-光相互作用系统中的两种不同效应。在电磁诱导透明(EIT)系统中,当耦合光强度适中时,二者会同时存在。一般以耦合光拉比频率作为定性区分QI与ATS的依据,同时Akaike信息准则(AIC)可用于量化二者的相对权重。本文基于AIC方法研究了原子系统中退相位对QI和ATS权重的操控作用。研究表明,通过调节退相位率,可以实现QI和ATS之间的相互转换,以及相消干涉和相长干涉之间的相互转变。利用耦合光和探针光之间的相位关联可以实现退相位的精确操控,由此改变QI和ATS的权重,进而达到QI效应的极大增强。

针对当前连续变量量子密钥分发时数据协调运算速度低的问题,本文提出一种采用GPU与OpenCL异构计算的多维数据协调方案,并提出了一种静态双向十字链表存储超大规模LDPC码的校验矩阵,以适应OpenCL平台特殊要求。实验仿真结果显示,当码长为2×105时,在保证有效数据协调且相同码率的前提下,GPU平均译码速率可达到CPU的4.2倍,但牺牲了部分精度。

本文研究了由一个∧型三能级原子、一个∨型三能级原子和一个单模光场相互作用的系统,在一个原子处于激发态而另一个原子处于基态的初始状态下,给出了系统态矢的演化。采用部分转置密度矩阵的负本征值来描述两原子间的纠缠,利用数值计算的方法讨论了原子间偶极-偶极相互作用和光子数对原子间纠缠特性的影响。研究结果表明: 原子间的偶极-偶极相互作用增强原子间的纠缠,而光子数减小原子间的纠缠。

运用全量子理论,探讨了 Pólya态光场在与Λ型三能级原子相互作用时,原子初态及某些光场参数对粒子布居数反转、光子反聚束效应以及光场压缩特性的影响。结果表明: 原子处于不同初态时,光场概率参数、最大光子数及光场分布参数对系统光场粒子布居数反转的回复-崩塌现象有着显著的影响;初态为激发态或相干叠加态时,在光场概率参数、原子相对失谐量、最大光子数和光场分布参数的影响下,系统光场均可在一定条件下表现为完全的聚束效应或者完全的反聚束效应,但初态不同影响规律也各不相同;如果初态处于激发态,且原子相对失谐量、光场概率参数和最大光子数同时较小,则系统光场的X1分量可以间歇性的出现短时间的压缩。

利用囚禁在双边光学微腔内的量子点自旋的辅助,我们提出了一个对于未知较少纠缠态的纠缠浓缩协议。该方案利用了自避错机制来克服局域计算错误,它对于实验缺陷具有内禀的鲁棒性。我们讨论了这个纠缠浓缩协议在当前实验参数下的表现,结果表明这个方案单次执行成功概率可以达到45％。这个纠缠浓缩协议可以作为一个对未来的量子通信和量子网络具有前景的基础构件。

本文利用一个具有隧穿耦合效应的四能级结构模型来描述超冷铯原子制备超冷铯分子的过程,理论分析了受激拉曼绝热通道过程中的两激光脉冲参数对铯原子-分子转换效率的影响。结果表明,在原子-分子暗态条件下,通过双色光缔合利用双光子共振条件的最优化处理方法可以使转换效率提高到90％以上,并给出了两激光脉冲参数的最优化区间。另外,通过分析原子态和束缚分子基态上粒子数布居的动力学演化,给出了光场的最优化条件,只有适当的匹配两激光场的有效Rabi频率、延迟系数和脉冲宽度时,才能高效地实现超冷铯原子-分子的相干布居转换。

本文用虚时演化法研究了玻色-爱因斯坦凝聚体在谐振子势与高斯势的联合势阱中的涡旋结构,给出了旋转角频率和原子间相互作用强度对涡旋分布的影响,以及对凝聚体中量子化涡旋、鬼涡旋以及隐涡旋分布的不同作用。在联合势阱中凝聚体除了量子化涡旋和鬼涡旋外,在势阱中心位置还出现了隐涡旋。当相互作用强度一定时,可见涡旋数和隐涡旋数随着旋转角频率的增大而增加。当旋转角频率一定时,随着原子间相互作用逐渐增强,可见涡旋数随之增加,而隐涡旋数并没有改变。我们分析发现,只有考虑了隐涡旋之后,才能满足费曼规则。

本文设计了一种支持多重Fano谐振的金属-介质-金属(MIM)型表面等离子体光波导(SPW)结构,该结构由带有枝节谐振腔的直波导耦合同心双圆环谐振腔组成。利用有限元法进行数值仿真,研究了耦合距离、枝节的高度以及同心双圆环内、外环半径对Fano传输特性的影响。同时,结合磁场分布图,分析了多重Fano谐振形成的物理机理。另外,通过改变填充在同心双圆环谐振腔内介质材料的折射率研究了该结构在折射率传感器领域的应用。该波导结构具有灵敏度为1 400 nm/RIU,品质因数高达1 380的传感特性。最后,本文研究了该波导结构的慢光特性,研究表明Fano峰附近的最大群折射率约为11.4,最大延迟时间约为0.076 ps。这种SPW结构在纳米尺度的滤波器、折射率传感器以及慢光器件等领域有着潜在的应用前景。

本文设计了一种基于同心纳米圆环谐振腔的金属-介质-金属(MIM)表面等离子体光波导(SPW), 其中外侧是一个完整的环形谐振腔, 而内侧环形谐振腔带有一个微小缺口。利用数值和解析方法分析了不同几何参数下的传输特性。可以发现, 当缺口宽度θ=5°, 位置φ=45°时, 会在波长674 nm处产生明显的等离子体诱导吸收(Plasmonic Induced Absorption, PIA)现象。基于此, 首先研究了该结构在折射率传感器方面的应用, 研究结果表明, 其灵敏度超过600 nm/RIU, 最大品质因子约为700。其次研究了其快光和慢光特性, 在PIA传输谷处会产生约-0.081 ps的光学延迟, 意味着较大的异常色散和快光效应, 而在PIA传输谷两侧的传输峰处会分别产生约为0.045 ps和0.043 ps的光学延迟, 意味着较大的正常色散和慢光效应。这种表面等离子体光波导结构在折射率传感器、纳米滤波器、光开关和片上纳米光学器件集成等领域有一定的应用前景。