1 华东师范大学 精密光谱科学与技术国家重点实验室 上海 200062
2 中国科学院超强激光科学卓越创新中心 上海 201800
3 山西大学 极端光学协同创新中心 山西 太原 030006
由于原子相干性可以增强光学非线性效应,基于原子系综的四波混频过程是产生压缩态和纠缠态的一项有前景的技术。光参量放大器中的相敏放大器的增益随输入信号相位的变化而变化,且相敏放大过程具有低噪声特性。因此,基于原子系综的相敏四波混频过程在实际应用中有着潜在的应用价值。本文介绍了基于原子系综的相敏四波混频过程的理论方案,概述了该系统输出光场的量子特性,综述了基于原子系综的相敏四波混频过程在实验上的应用,包括在双模相敏放大器中利用干涉诱导增强了量子压缩,对双模相敏放大器的相位进行操纵以实现两种类型的纠缠,以及用直接强度探测法测量明亮注入SU(1,1)干涉仪的相位灵敏度。
四波混频 相敏放大器 量子压缩 量子纠缠 four-wave mixing phase-sensitive amplifier quantum squeezing quantum entanglement 量子光学学报
2023, 29(2): 020001
1 华东师范大学物理与电子科学学院精密光谱科学与技术国家重点实验室，上海 200062
2 中国科学院超强激光科学卓越创新中心，上海 201800
3 山西大学极端光学协同创新中心，山西 太原 030006
4 南京大学固体微结构国家实验室，江苏 南京 210093
5 华东师范大学重庆研究所重庆精密光学重点实验室，重庆 401120
高精度的干涉仪在精密测量领域有着非常重要的作用。相位估计的不确定度通常用来判定一个干涉仪测量的精密程度，相位估计的不确定度越小意味着相位灵敏度越高。在理论上提出了由光学参量放大器和线性光学分束器（BS）组成的非线性干涉仪。基于热原子系综四波混频（FWM）过程的光学参量放大器用来实现干涉仪中光束的合成与分离。BS作为反馈控制器，通过控制器件的反射率，来控制FWM过程的出射光返回到入射光端口的比例。与传统干涉仪的相位灵敏度相比，通过理论计算证明了基于光学参量放大器反馈的非线性干涉仪相位灵敏度更高。本研究结果在量子精密测量领域有着潜在的研究价值。
量子精密测量 非线性干涉仪 光学参量放大器 四波混频 反馈控制 激光与光电子学进展
2023, 60(11): 1106021
1 华东师范大学, 精密光谱科学与技术国家重点实验室 上海 200062
2 中国科学院, 超强激光科学卓越创新中心 上海 201800
3 山西大学, 极端光学协同创新中心 山西 太原 030006
纠缠是一种重要的量子资源, 其可以广泛应用于量子通信、量子计算和量子计量学。本文提出联合三个四波混频过程产生四组份纠缠的新方案, 利用部分转置正定判据理论研究了四组份纠缠强度随三个四波混频过程增益的变化关系。结果表明此系统产生了真正的四组份纠缠, 且纠缠强度随三个四波混频过程增益的增大而增强。进一步分析了系统各输出场的本征值和本征模, 研究发现此系统由四个独立的单模压缩态组成。我们的理论结果为实验产生四组份纠缠资源提供了可行性方案和理论支持。
四波混频 多组份纠缠 部分转置正定判据 协方差矩阵 four-wave mixing multipartite entanglement positivity under partial transposition criterion covariance matrix
1 华东师范大学精密光谱科学与技术国家重点实验室, 上海 200062
2 中国科学院超强激光科学卓越创新中心, 上海 201800
3 山西大学极端光学协同创新中心, 山西 太原 030006
光既可以携带自旋角动量, 也可以携带轨道角动量。自 1992 年由 Allen 等提出光学轨道角动量的基本概念以来, 光学轨道角动量已吸引了越来越多学者的研究兴趣。光学轨道角动量具有无限带宽以及不同模式相互正交等特点, 这使得通过光学轨道角动量来传递信息变成一项十分有前景的技术。在概述光学轨道角动量基本概念的基础上, 重点综述了在连续变量系统中利用四波混频过程制备光学轨道角动量复用的纠缠源, 包括 13 对复用的连续变量纠缠确定性产生、9 组光学轨道角动量复用的三组份纠缠的制备、基于 66 个光学轨道角动量模式的大规模量子网络的实现, 以及光学轨道角动量复用纠缠源的最新应用, 包括利用光学轨道角动量复用的连续变量纠缠实现 9 通道全光量子隐形传态以及光学轨道角动量复用型量子密集编码。
量子光学 光学轨道角动量 四波混频 量子纠缠 quantum optics optical orbital angular momentum four-wave mixing quantum entanglement
1 华东师范大学精密光谱科学与技术国家重点实验室, 上海 200062
2 中国科学院超强激光科学卓越创新中心, 上海 201800
3 山西大学极端光学协同创新中心, 山西 太原 030006
与经典体系相比,量子信息协议在大幅提高信息处理的安全性、保真度和容量方面具有巨大的优势。各种具有不同功能的量子信息协议已经被提出并实现。介绍了利用铷原子四波混频过程构建一套能兼容多种不同量子信息协议的多功能平台。基于这个平台可以实现并行9通道全光量子隐形传态,部分无实体量子态传输和最优N→M相干态量子克隆协议。更重要的是,部分无实体量子态传输协议可以同时连接全光量子隐形传态协议和最优1→M相干态量子克隆协议。这些量子信息协议在全光量子通信中具有潜在的应用。
1 华东师范大学 精密光谱科学与技术国家重点实验室,上海 200062
2 山西大学 极端光学协同创新中心,山西 太原 030006
通过使用光学分束器模型来模拟光学传输和探测所导致的损耗,本文在理论上研究了损耗对相敏四波混频过程产生孪生光束量子压缩的影响。我们分别研究了系统中不同强度增益、注入功率比和相位条件下损耗对量子压缩的影响。结果表明,该系统的量子压缩随着强度增益的增加而增大;随着注入功率比的增加呈先增大后减小的趋势,且均在注入功率比β=1时达到最大;在相位θ=0处压缩最大,在θ=π处反压缩达到最大,且损耗对压缩更敏感。此外,我们发现,在不同的参数情况下,随着损耗的增大,系统的量子压缩都在减小。我们的理论结果为实验上研究损耗对量子压缩的影响提供了理论依据。
四波混频过程 光学分束器 量子压缩 four-wave mixing process optical beam splitter quantum squeezing
1 华东师范大学物理与材料科学学院精密光谱科学与技术国家重点实验室, 上海 200062
2 山西大学极端光学协同创新中心, 山西 太原 030006
理论研究了基于级联四波混频系统的信噪比(SNR)优化。级联四波混频过程包括相敏和非相敏级联两种方式，其中非相敏级联系统的探测光强度始终被放大，同时SNR始终被降低；而相敏级联系统的探测光强度可以被放大或减小，这取决于两个铷池内光场的总相位调控。在相同增益条件下，相敏级联四波混频系统的有效增益比非相敏级联系统的高。另外，当两个铷池内光场的总相位等于0或者2π时，相敏级联四波混频系统中探测光的强度可以呈最大倍数放大，且SNR也被提高到最大。
非线性光学 级联四波混频过程 噪声系数 有效增益
1 华东师范大学 物理与材料科学学院 精密光谱科学与技术国家重点实验室,上海 200062
2 山西大学 相端光学协同创新中心, 山西 太原 030006
我们理论上研究了基于热铷原子系综中的四波混频效应实现信噪比优化的系统。我们分析了非相敏放大器与相敏放大器中信号光信噪比的变化情况。在非相敏放大器中,信号光为相干态注入,闲置光为真空态注入,此时信号光在被放大的同时,信噪比降低,其噪声系数大于1。在相敏放大器中,信号光和闲置光均为相干态注入,此时在特定的条件下,信号光在被放大的同时信噪比得到提高,其噪声系数小于1。在注入光束间的相对相位=2 kπ(k为整数)时,信号光的有效增益最大且噪声系数最小。在这样的相对相位下,只要注入闲置光光强高于注入信号光光强的17.2％时,信号光就能够在被放大的同时信噪比得到提高。特别地,当注入闲置光光强同时低于注入信号光光强时,就实现了弱光对强光信噪比的优化作用。
四波混频 光学放大器 有效增益 信噪比 噪声系数 four-wave mixing optical amplifier effective gain signal-to-noise ratio noise figure
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,太原,030006
讨论了测量连续变量爱因斯坦波多尔斯基罗森(EPR)关联的两种实验方法。由于在平衡零拍探测和贝尔态直接测量中为标定关联度所选取的参考基准不同,造成谱仪显示的结果有所差异,但经过基准变换,所测得的耦合模压缩度、爱因斯坦波多尔斯基罗森关联度以及它们之间的换算关系均一致。从理论上分析了测量原理,并从实验角度讨论了两种方法的优缺点。
量子信息 爱因斯坦波多尔斯基罗森光束对 贝尔态直接测量 平衡零拍探测
量子光学与光量子器件国家重点实验室,山西大学光电研究所,山西,太原,030006
文章分析了爱因斯坦等人对量子力学不完备的论证过程,通过对双模压缩真空态的偏振正交两光束EPR关联实质讨论,结合EPR光束对的实验产生,给出了量子力学几率波解释与EPR"佯谬"的统一性解释,从而在肯定EPR关联实在性的基础上,肯定了量子力学几率波解释的完备性.
EPR佯谬 几率波 测量理论
