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量子纠缠态是量子通信和量子计算的重要资源。“双色”量子纠缠态,即构成量子纠缠态的两个组份的载波频率不简并,该类纠缠态在量子通信网络领域具有重要的应用前景。例如,对于光纤通信和碱金属原子吸收线波段的双色量子纠缠态,位于光通信波段的一束光场可以利用光纤作为传输介质进行长距离低损耗传输,进而实现纠缠态的远程分发;而另一束可以利用本地的碱金属原子直接进行量子记忆,这对于量子中继器的高效构建与实现具有重要意义。
本文利用双向抽运的光学参量振荡器/相位非敏感光学参量放大器实现了频率可连续调谐的双色连续变量纠缠光场的制备;纠缠光场的一束(795nm)的连续调谐范围可达2.4GHz,通过利用饱和吸收谱(SaturatedAbsorptionSpectrum)技术,我们观测到了Rb原子D1线的超精细跃迁线;纠缠光场的另一束(1560nm)被注入5km单模光纤,实验观察到透射的1560nm光场与795nm光场仍旧保持纠缠,从而获得了纠缠的远程分发。本文的工作在长距离量子信息处理领域具有重要的应用前景。
本文主要包括以下四个部分:
第一章:介绍了双色连续变量量子纠缠态的研究背景,连续变量量子纠缠的概念和判据,以及平衡零拍探测原理。
第二章:分析了相位非敏感光学参量放大器产生明亮的双色连续变量纠缠光场的特性,实验上利用相位非敏感光学参量放大器制备了正交振幅分量差和正交位相和量子关联度均大于3dB的双色连续变量纠缠态光场。
第三章:通过非线性晶体(PPKTP)的温度调谐,光学参量振荡器的腔长调谐,以及泵浦光的频率调谐,利用饱和吸收谱技术实现了双色纠缠光场中795nm光场到Rb原子超精细跃迁线的调谐;进一步将纠缠光场的另一束1560nm光场注入到5km的单模光纤,实现了纠缠态的远程分发,研究了传输后的1560nm光场与795nm光场的纠缠特性,发现其纠缠仍旧保持,其中正交振幅分量差的量子关联为1.1dB,正交位相分量和的量子关联为0.9dB。
第四章:对全文的工作进行了总结,并对下一步的工作进行了展望。