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
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
在含有克尔介质和光学参量放大器(OPA)的光机械系统中，腔中的光学双稳性与纠缠特性会受到这两种介质较大的影响。当调节非线性晶体与腔场的耦合常数时，OPA 晶体的非线性增益对系统的双稳性影响与入射光强度对双稳性的影响是相似的，然而克尔介质的三阶非线性系数对系统双稳性却有着明显不同的影响。对系统纠缠特性的研究结果表明：OPA 晶体的非线性增益系数对腔场与振动镜之间的纠缠有着增强的作用，而克尔介质的三阶非线性系数对纠缠却有着减弱的效果。
非线性光学 谐振腔 双稳性 纠缠 光学学报
2015, 35(10): 1027002
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), 量子信息技术广东高校重点实验室, 广东 广州 510006
如何能够不破坏纠缠态且能将其辨认区分出来是量子信息处理过程中一个很重要的问题。 方案首先利用相干光与腔-原子系统的输入-输出过程构造受控相移门,然后利用受控相移门和零差探测 技术构造宇称分析器,最后利用宇称分析器和Hadamard等操作构造非破坏性的原子Bell态分析器和 原子GHZ态分析器。方案的优势在于: 1)利用相干光源和零差探测技术,比以往方案中的单光子 源和单光子探测易实现; 2)构造的原子Bell态分析器和原子GHZ态分析器是非破坏性的。方案用 到的所有方法和技术目前在实验上都是可以实现的。
量子光学 Bell态分析器 GHZ态分析器 腔输入-输出过程 受控相移门 quantum optics Bell state analyzer GHZ state analyzer cavity input-output process controlled phase shifter
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, 广东 广州 510006)
魔幻态(magic state)是一种单量子比特量子态,在容错量子计算中可以辅助Clifford 操作在任意量子态上横向实现一个non-Clifford门,使得容错量子计算具有通用性。除此之外,魔幻态制备中的噪音可以通过Clifford 操作纯化过滤,这个过程称为魔幻态纯化。具体来讲,魔幻态纯化指的是,当输入噪音量子态相对于魔幻态的保真度大于一个给定的纯化阈值,可通过Clifford 操作从多份噪音量子态中提取出一份保真度被提高的量子态,通过多次重复纯化程序,最终可获得保真度接近于1的魔幻态。本文将研究T型魔幻态纯化程序的重复次数与输入的噪音量子态保真度之间的关系。
容错量子计算 魔幻态 纯化 fault-tolarent quantum computation magic state distillation
