1 广东轻工职业技术学院, 信息技术学院 广东 广州 510300
2 华南师范大学, 广东省微纳光子功能材料与器件重点实验室 信息光电子科技学院 广东 广州 510006
3 华南师范大学 广东省量子调控工程与材料重点实验室 广东 广州 510006
4 广东理工学院, 大学物理实验中心 广东 肇庆 526100
腔光力学研究光子与宏观机械振子的相互作用, 目前已成为研究量子世界与经典世界之间的过渡以及研究非经典和非线性效应的重要领域。本文首先介绍该领域中的基本物理概念, 包括辐射压力、光机械哈密顿量、海森堡-朗之万方程、方程的线性化等。然后综述近年来一些新奇光力学效应的发现和研究进展, 包括光力诱导透明、非互易光传播、高阶边带产生、光机械纠缠等。最后提出了一些研究展望。
腔光力学 光机械系统 量子效应 非线性效应 cavity optomechanics optomechanical systems quantum effects nonlinear effects 量子光学学报
2023, 29(1): 010001
Author Affiliations
Abstract
1 Guangdong Provincial Key Laboratory of Quantum Engineering and Quantum Materials, School of Information and Optoelectronic Science and Engineering, South China Normal University, Guangzhou 510006, China
2 Guangdong Polytechnic Institute, Guangzhou 510091, China
The quantum key distribution (QKD) network is a promising solution for secure communications. In this paper, we proposed a polarization-independent phase-modulated polarization encoding module, and it can be combined with a dense wavelength division multiplexer (DWDM) to achieve multi-user QKD. We experimentally test the encoding module with a repetition rate of 62.5 MHz, and its average quantum bit error rate (QBER) is as low as 0.4%. Finally, we implement a principle verification test for simultaneous QKD for 1 to 2 users in 100 min, and the average QBER of two users under the transmission distance of 1 km and 5 km is kept below 0.8%. Due to the use of polarization encoding, the module can also realize scalable network architecture in free-space QKD systems in the future.
quantum key distribution polarization encoding wavelength division multiplexing quantum networks Chinese Optics Letters
2022, 20(12): 122701
1 华南师范大学信息光电子科技学院广东省微纳光子功能材料与器件重点实验室, 广东 广州 510006
2 华南师范大学广东省量子调控工程与材料重点实验室, 广东 广州 510006
提出了一种在光学系统中利用弱值放大和后选择来模拟搜索算法的方案。该方案将数据库编码在入射光束的横向坐标上,在光束的偏振态上进行预选择与后选择。首先讨论了一般型入射光束并获得一些结果,然后对高斯型入射光束进行了分析。结果表明通过适当地选择辅助系统的后选择态并且利用弱值放大,有可能仅用一次迭代就实现对数据库的搜索。
1 华南师范大学光电学院, 微纳光子功能材料与器件重点实验室, 广东 广州 510006
2 华南师范大学, 广东省量子调控工程与材料重点实验室, 广东 广州 510006
弱测量过程包括三个主要步骤: 初态制备、弱耦合、后选择。这个过程中诸多因素会对耦合参量的评估精度产生影响, 本文工作主要探讨当光束的空间自由度与偏振自由度通过双折射晶体耦合时, 探针初态的参数(坐标分布的平均值和方差)、耦合常数以及后选择角对耦合参量的评估精度的影响。我们具体通过讨论相关参数对待评估耦合参量Fisher信息的影响, 借以分析对耦合参数评估精度的影响。结果表明, 在本方案中, (1)增加探针初态坐标分布的方差和坐标的平均值(中心位置)都可以提高后选择概率, 并增加总Fisher信息; (2)参量越小, 评估精度越高, 但相应的后选择概率越低; (3)在满足弱测量近似条件下, 系统的后选择态与初态越接近正交, 获得的评估精度越高。
弱测量 参量评估 Fisher信息 weak measurement parameter estimation Fisher information
华南师范大学信息光电子科技学院, 广东省量子调控工程与材料重点实验室, 广东 广州 510006
在光纤中传输的光信号,其偏振态(SOP)会受到外界环境的影响而发生随机变化,因此在偏振复用光纤通信系统、偏振编码光纤量子密钥分发(QKD)等系统中,需要插入光纤信道偏振补偿模块对光纤中随机双折射效应引起的偏振态变化进行实时补偿,以保证相应通信系统能够正常工作。根据波分复用光纤信道偏振补偿的理论模型,实现了偏振态相互共轭的两路参考光的制备,采用集成化的偏振探测器对实时变化的偏振态进行检测。在此基础上,提出了一种可以实时补偿光纤信道偏振变化的实验系统,该系统可以应用于偏振复用的光纤通信系统中,也可应用于光纤QKD系统中。实验数据表明,所设计的实验系统可以保障QKD在5 km传输距离下连续稳定运行8 h以上,量子比特误码率为1.96%。
光通信 量子密钥分发 随机双折射 偏振补偿 共轭 光学学报
2020, 40(14): 1406003
Author Affiliations
Abstract
Guangdong Provincial Key Laboratory of Nanophotonic Functional Materials and Devices (School of Information and Optoelectronic Science and Engineering); Guangdong Provincial Key Laboratory of Quantum Engineering and Quantum Materials, South China Normal University, Guangzhou 510006, China
We introduce a Casimir force in a conventional optomechanical system to study the high-order sideband generation. In this system, a nanosphere is placed near the moveable mirror of the conventional optomechanical system. The moveable mirror is coupled to the cavity field and the nanosphere by the optomechanical interaction and the Casimir interaction, respectively. We find that the amplitude and cutoff order of the high-order sideband can be enhanced by decreasing the sphere–mirror separation (increasing the Casimir force) and increasing the optomechanical coupling strength. Our proposal provides an alternative method for generating the high-order sidebands and for measuring the Casimir force.
120.4880 Optomechanics Chinese Optics Letters
2018, 16(11): 111201
1 华南师范大学 广东省微纳光子功能材料与器件重点实验室 信息光电子科技学院
2 华南师范大学 广东省量子调控工程与材料重点实验室, 广州 510006
宏观机械系统的量子操控无论是在基础物理学还是在高精度测量和量子信息处理等的应用上都非常重要。其中关键的一步是将机械系统冷却到它的量子基态。本文提出了一个光力系统, 该系统包含了两个光学模式和一个与这两个光学模式都发生相互作用的机械模式。此外, 这两个腔模还分别由两束光驱动。通过对哈密顿量进行变换以及求解系统的海森堡-郎之万方程, 得到了机械振子最终平均声子数的表达式。结合作图发现, 这个系统的特殊结构可以实现在不可分辨边带情况下机械振子的基态冷却, 所以系统对腔的品质因子要求降低, 实验上更容易实现。另外还发现, 通过调节驱动光的功率可使得冷却效果达到最好。
量子光学 光力系统 基态冷却 quantum optics optomechanical system ground state cooling
华南师范大学信息光电子科技学院, 广东省微纳光子功能材料与器件重点实验室, 广东省量子调控工程与材料重点实验室, 广东 广州 510006
提出了一种利用环形腔光力系统产生稳态机械模压缩的方案。该系统包含1个固定镜和2个振动镜，振动镜可看作具有三次非线性的非简谐振子,受输入激光驱动的腔内光场 对振动镜产生光辐射压力。研究了腔内光场和机械模的稳态振幅及机械模的压缩性质，结果表明: 稳态振幅随驱动功率升高而增大; 机械模可在很大参数范围内达到压缩; 可通过增强三次非线性强度、驱动激光功率或适当调节驱动场与腔场的频率失谐量来增强压缩;压缩对热声子噪音具有鲁棒性。
量子光学 机械模压缩 机械非线性 环形腔光力系统 quantum optics mechanical modes squeezing mechanical nonlinearity ring-cavity optomechanical system
Author Affiliations
Abstract
1 State Key Laboratory of Advanced Optical Communication Systems and Networks, Electronic Engineering Department, Shanghai Jiao Tong University, Shanghai 200240, China
2 State Key Laboratory of Precision Spectroscopy, East China Normal University, Shanghai 200062, China
3 State Key Laboratory of Information Security, Institute of Information Engineering, Chinese Academy of Sciences, Beijing 100093, China
4 Guangdong Provincial Key Laboratory of Quantum Engineering and Quantum Materials, South China Normal University, Guangzhou 510006, China
Temporal cavity solitons (CSs) have excellent properties that can sustain their shape in a temporal profile and with a broadband, smooth-frequency spectrum. We propose a method for controllable frequency line spacing soliton formation in a microresonator using two continuous-wave (CW) pumps with multi-free-spectral-range (FSR) spacing. The method we propose has better control over the amount and location of the solitons traveling in the cavity compared to the tuning pump method. We also find that by introducing a second pump with frequency N FSR from the first pump, solitons with N FSR comb spacing can be generated.
190.5530 Pulse propagation and temporal solitons 230.5750 Resonators 190.4410 Nonlinear optics, parametric processes Chinese Optics Letters
2016, 14(12): 121903
1 华南师范大学信息光电子科技学院广东省微纳光子功能材料与器件重点实验室, 广东 广州 510006
2 华南师范大学物理与电信工程学院广东省量子调控工程与材料重点实验室, 广东 广州 510006
3 广东理工职业学院工程技术系, 广东 广州510091
4 陕西理工学院物理与电信工程学院, 陕西 汉中723000
量子密钥分发采用单光子作为信息载体，结合经典保密通信系统中的一次一密体制，可在理论上实现绝对安全的保密通信。采用拉格朗日乘数法对只选择一种算子的主动相位补偿攻击模型的量子误码率进行了系统分析，得到了量子误码率的分布规律。在此基础上，对结合多种算子进行测量的攻击模型进行了理论模拟，结果显示，在选择不同算子进行攻击时，附加误码率随着比特比值（最终量子密钥中比特0和比特1的比值）的变化而变化，在比特比值接近1的情况下，窃听所引入的附加误码率也不同，这对基于经典交互过程的实际安全性问题的研究有一定的参考价值。
量子光学 量子密钥分发 主动相位补偿 量子误码率 互信息 激光与光电子学进展
2016, 53(7): 072701
