空间分离的路径纠缠微波信号制备方法

从利用纠缠信号替代无线电信号打破经典限制来提升信息系统性能的目的出发,首先阐明了发展纠缠微波技术的必要性,并回顾了路径纠缠微波制备的发展历程。其次,总结了4种现有路径纠缠微波信号制备方案:利用超导180°混合环、威尔金森功分器、约瑟夫森参量转换器和微波频段Hong-Ou-Mandel效应的制备方案。在对所使用的微波分束器进行详细描述的基础上,分别从实验装置和基本原理2个方面,采用对比分析的方法,对现有路径纠缠微波信号制备方案进行了剖析,继而给出了各个方案所生成路径纠缠微波信号的表达式。最后对各个方案的优、缺点进行了具体分析,总结了制约量子纠缠微波技术发展的主要因素,指明了其广阔的发展前景,并对制备路径纠缠微波信号未来的研究方向进行了展望。     

微波光子信号的产生

微波光子信号的产生是微波光子技术的一个基础。着重分析总结了电光调制法、外差法、谐波产生、光电振荡器等实现微波光子信号产生的各种方案,及相关的研究进展并比较了各种方案所产生信号的性能。     

功分热态微波信号的导航测距测角方案及性能分析

根据光学中应用热光场的二阶关联特性,得到与纠缠光场相类似的关联成像、时钟同步和关联测距等方法,将其延伸至微波频段,利用热态微波信号进行二阶关联导航测距测角。热态微波信号用于二阶关联测距测角的过程为,首先用功分器对制备的热态微波信号分成相同功率的两路,并将功分后的2路热态微波信号通过两个天线发射,然后在接收端对2路信号进行实时功率测量,对测得的功率波形进行相关运算,通过对关联峰值的提取,计算出2路信号传播的距离差,进而应用干涉式测角原理推导出目标方位角信息。通过实验和仿真方法对热态微波信号的导航测距和测角方案进行了分析验证,利用热态微波场的真随机特性,能够解决以往无线电导航定位中由于信号周期性引起的整周模糊问题,并且拥有更好的抗噪性能、抗多径能力,使定位精度得到提高。     

利用纠缠交换制备最大纠缠态

基于腔QED技术提出利用纠缠交换制备光子-光子和原子-光子最大纠缠态的简便方案.在制备光子-光子最大纠缠态方案中,腔只是被虚拟激发,原子和腔之间没有信息转换,大大降低了对腔品质的要求.在利用双光子共振相互作用制备原子-光子最大纠缠态方案中,只要对单原子的态进行测量,而不需要联合Bell基测量.     

光子微波信号的亚谐波产生技术

光子微波信号的频率变换技术在光子微波技术中具有重要意义。然而由于光子器件的相对不成熟以及光子自身的物理特性,光子微波信号在亚谐波产生方面还面临许多困难。本文对外光注入激光器的倍周期、全光反馈、光电混合反馈以及光纤锁模腔结构的光子微波信号亚谐波产生的典型方法和原理进行介绍,并对这些方案进行总结评述,探讨光子微波信号亚谐波产生的发展方向。     

两光子三自由度的杂化纠缠W态

为了利用少量资源制备多自由度杂化纠缠的W态,提出一种新的制备方案.采用不同实验器件设计了新的光路,并提出如何间接探测和验证所制备的杂化纠缠W态的实验方案.该方案光路设计简单,态制备的效率更高.     

论在一个微波信道中同时传输两路电视信号

本文论述了在我国现有微波系统中,利用双载波和时间压扩技术实现在一个微波信道上同时传输两路电視信号的方案     

制备纠缠相干态的准贝尔基

通过分析光学分束器对相干态光场的作用特点,设计了一套制备纠缠相干态光场的装置. 提出了一个制备纠缠相干态的准贝尔基的方案. 在这个方案中,通过利用分束器变换和光子探测,可以从已有的一个纠缠相干态出发,制备出一组四个纠缠相干态的准贝尔基.     

旋涡光学与轨道角动量高维编码量子通信研究

阐述了光学旋涡的物理本征态、产生与调控技术,总结了基于OAM(Orbital Angular Momentum)调制的高维编码QKD以及OAM和自旋角动量(Spin Angular Momentum,SAM)的制备方法.利用I类相位匹配BBO晶体经自发参量下转化获得信号光子和闲置光子OAM纠缠光子对;采用SAM和OAM自由度转换器件,将SAM转化为OAM.另外,运用空间光调制器(Spatial Light Modulator,SLM)作为OAM纠缠态的"后选择"联合调制器,基于该单元技术提出基于OAM改进的BB84 QKD系统、SAM-OAM混合纠缠量子态的QKD系统,并提出三光子纠缠W态的制备方案.结果表明,编码信息量达log2(m+2)比特(m为l的可取值个数),有望实现可扩容量子比特的安全通信,具有高维度、强纠缠特性与抗比特丢失能力,实验中单元技术对进一步增加量子通信信道复用能力和改善网络安全性具有十分重要的意义.     

用非最大纠缠态实现三粒子部分纠缠态的量子受控传递

由于制备与传输中的环境耦合,现实中的纠缠态大部分是非最大纠缠态．在研究现有量子受控传递方案的基础上,提出了一种利用非最大纠缠态作为量子通道来几率地传输三粒子部分纠缠态的量子控制方案．在该方案中,选择量子通道中的一个粒子作为控制粒子,发送者进行一次Bell基测量和2次Hadamard门测量;控制者实施一次Hadamard门测量,并将他们的测量结果利用经典信道发给接收者;接收者根据他们的测量结果进行适当的幺正变换以及一些必要的投影测量就能得到待传的未知量子态．该方案是一种基于非最大纠缠态的几率受控的隐形传态方案,可以应用于远程量子计算、远程量子克隆、量子远程控制等．     

高维集成光量子技术

光量子系统在量子技术中的作用至关重要，伴随光子集成技术的发展，光量子集成被认为是推进量子信息技术的重要途径.同时，量子纠缠是量子信息处理中重要的物理资源，其中高维纠缠的量子系统与二维系统比较，具有更为独特的优势.然而，随着维度的增加，高维量子纠缠态的产生和操控也面临挑战.综述近年来高维集成量子技术的相关研究，先回顾不同自由度片上高维纠缠态制备方案，再从量子光源、可重构量子调控、前沿量子信息应用等三个方面分别进行分析和总结.在量子光源方面，重点对产生非线性效应、光源结构和产生纠缠方式进行说明，并对其适用性和优势进行分析；在可重构量子调控中，针对基本操控单元、通用操控线路和结构改进三个方面进行综述，阐述面临的困难和目前的解决思路；最后，对集成高维光量子纠缠态在各个领域的应用场景进行归纳，并对未来的发展做出展望.     

四波混频和量子纠缠态

基于三阶非线性光学效应--简并四波混频,提出了一种新的制备明亮的纠缠光子源的方案,从理论上证明了相位共轭光和透射的信号光是处于量子纠缠的.     

基于半导体量子点的量子通信

光子源和纠缠光子对的制备是量子信息产生和传输过程的源头,是实现量子通信的重要前提条件.半导体量子点固体系统具有可集成性和可扩展性的优点,并且与现有的半导体光电子学技术密切相关,近年来在单光子源和纠缠光子对制备方面取得了重要的进展,是未来全固态量子通信的重要元器件.从量子通信的基本原理出发,阐述了制备单光子源和纠缠光子对的重要性,介绍如何解析推导出圆形常规半导体量子点中的电子结构,描述了圆形拓扑绝缘体量子点中边缘态具有双重简并的电子结构,能级间隔与量子点的具体形状无关,并且具有自旋轨道锁定的特性,总结了实验和理论上在利用这一独特的电子结构制备单光子源和纠缠光子对方面取得的重要进展.     

任意多体高维偏振纠缠态的有效制备

纠缠态与高维量子态是量子信息科学关注的焦点,在光学领域,如何有效制备高维纠缠态是值得探讨的问题．基于交又相位调制技术,利用单光子高维空间态作为辅助,通过纠缠光子对与单光子之间的相互作用,以及多光子的干涉,可以制备出任意系数的两体高维偏振纠缠态．其成功概率由高维偏振量子态,也就是多光子干涉决定．同时,这一方案可以很容易推广到任意多体高维偏振纠缠态的制备．所制备纠缠态的灵活性,将为研究高维纠缠态的性质、多体相互作用等问题提供一定的便利．     

无粒子损失的W态融合研究综述

纠缠W态是量子通信的关键资源,而融合技术已被证明是制备大规模纠缠W态的有效方法.简要综述几类重要的有粒子损失的W态融合方案及相互关系,并着重阐述无粒子损失的W态融合方案及其物理原理,最后给出总结与展望.     

测量塌缩问题在信息秘密共享中的应用

在保密通信中,信息的安全性主要依赖密钥的安全,密钥管理对于分布式网络的保密通信安全具有决定性的作用,秘密共事就是一种实现密钥分散保管的协议.文章讨论了利用双光子纠缠即可实现三光子纠缠才能实现的量子态秘密共享方案.其主要技术是利用双光子纠缠与单光子压缩.通过对双光子纠缠塌缩测量及对测量得到的经典信号进行复制.即可替代三光子纠缠,实现信息在两输出端的秘密共享.     

广义GHZ态的制备和非定域性的测量

我们用参量下转换的方法,合理设计实验方案,制备了广义GHZ（Greenberger-Horne-Zeilinger）三体偏振纠缠态,测量了所制备状态的密度矩阵,并通过密度矩阵计算出了状态相对于目标态的保真度.实验制备出了保真度达0.85左右的高保真三体纠缠态.测量了GGHZ（generalized GHZ）纠缠态的Bell-Mermin算符期望值,得到了和理论计算一致的测量结果.结果表明,量子态非定域特性与体系的纠缠程度密切相关,这说明制备GGHZ纠缠态的方案和非定域特性的测量方法是可行的.     

N粒子部分纠缠态的量子受控传递

由于制备与传输中的环境耦合,现实中的纠缠态大部分是非最大纠缠态．在研究现有量子受控传递方案的基础上,提出了一种利用非最大纠缠态作为量子通道来概率地传输N粒子部分纠缠态的量子控制方案,在该方案中,利用非最大（N＋2）-粒子GHZ态作为量子通道,在发送者进行一次Bell基测量、N-1次Hadamard门操作及｜0〉和｜1〉基测量,控制者实施一次Hadamard门操作及｜0〉和｜1〉基测量之后,接收者根据他们的测量结果,再进行一些适当的幺正变换以及一些必要的投影测量就实现了N粒子未知量子态的受控传递．该方案是一种基于非最大纠缠态的概率受控的隐形传态方案,并且成功的概率为2｜a｜^2。     

任意多光子Dicke态的制备

量子Dicke态对于多粒子量子纠缠结构和性质的研究,以及量子网络的构建有着重要的意义.基于线性光学和交叉相位调制技术,利用三个基本量子门,给出了四光子Dicke态制备、任意系数W态制备以及任意系数和光子数的Dicke态制备方案.这些方案的确定性、任意性、高效性将为研究量子纠缠结构性质以及量子网络提供一定的便利.     

多光子W态的高效制备

量子纠缠的制备是量子信息科学研究的一个重要课题.利用已有的控制路径门和融合门,给出一类重要的多光子最大纠缠态——W态的制备方案.区别于此前线性光学方案,该方案的实现是确定性的,并且不是基于后验选择的方式,因此可以避免线性光学方案的概率问题以及制备出来的量子态在使用上的局限性.同时方案实现所需的资源仅随光子数的增加而呈线性增长,比之传统线路量子计算模式下的多项式增长有着极大的优化.总之方案的确定性、适用性、高效性等特点,将使得方案更具可行性,也更适用于大规模量子信息过程.