中国科大制备出八光子纠缠态刷新多光子纠缠制备与操作的世界纪录

本刊讯（记者）日前，中国科学技术大学郭光灿院士领导的中科院量子信息重点实验室李传锋、黄运锋研究组成功制备出八光子纠缠态，刷新了多光子纠缠制备与操作数目的世界纪录。11月22日，《自然·通信》在线发表了这一研究成果。量子纠缠态是实现各种量子信息过程的基础。由于光子具有抗干扰能力强、传播速度快等优点，多光子纠缠态的制备和操控一直是量子信息领域的研究重点和难点。目前世界上普遍利用晶体中的非线性过程来产生多光子纠缠态．由于此过程是概率性的，因此产生多光子纠缠态的难度会随着光子数目的增加而成倍增大。此前，国际学术界已报道的纪录是最多能制备出六光子纠缠态。     

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.     

高纯四光子GHZ态的实验制备及非定域性研究

采用Ⅱ型参量下转换（SPDC）和后选择技术,实验上制备了保真度达0．831的高纯四光子Greenberger—Home—Zeilinger（GHZ）态．通过理论分析和实验优化,提出一种有效提高四光子对比度的实验方法．同时利用制备的纠缠态,研究了四光子GHZ态的非定域性,得到了对四光子Bell不等式28标准差的偏离,证明制备的态为真正四体纠缠态．本文的研究对实验上获得高对比度的多光子纠缠态及非定域性研究具有非常好的借鉴意义．     

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．     

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.     

非简并偏振纠缠源用于光纤量子通信

报道了一个基于自发参量下转换(SPDC)的偏振纠缠实验.采用两块BBO晶体粘合的方法,利用SPDC过程制备810和1 550 nm的偏振纠缠光子对源.用单模光纤耦合来收集参量光子对,在产生的纠缠态中,两光子符合计数为200 cps(每秒钟计数).为了验证产生的纠缠态,利用两个偏振分析器系统测量纠缠相关度,其中,干涉可见度约为90%.     

非线性光学频率变换纠缠光子源实验制备的研究进展

量子纠缠源是量子通信和量子计算的基础,实现隐形传态最重要的关键和难点是制备高纠缠度的、稳定高效的EPR光子纠缠源。系统综述了国内外采用非线性光学频率变换制备纠缠光子源的实验方法以及实验研究的最新进展。     

利用腔衰减进行两原子纠缠态的制备

本文提出了利用衰减腔进行两原子纠缠态的制备方案。当两单光子探测器在探测期限内只探测到一个溢出的光子时,两个在不同腔中的原子以一定的概率处于最大纠缠态。     

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.     

中国科大成功实现世界上最大的“薛定谔猫”态

<正>记者从中国科学技术大学获悉,该校微尺度物质科学国家实验室量子物理与量子信息研究部成功制备出超纠缠光子"薛定谔猫"态,纠缠量子比特数目最高达到10个,刷新了纠缠态制备的世界记录。尽管"薛定谔猫"态在宏观世界并不存在,但在微观量子世界中,科学家可以用光子或原子等制造这样的状态。两个和两个以上量子比特的"猫态"就是纠缠态。     

压缩真空环境下双腔系统的两原子纠缠

原子间纠缠的制备及其演化特性的研究对量子信息和量子网络的实现具有重要的意义.文章研究了压缩真空环境下双JC模型中两原子纠缠的演化,并讨论了不同初态、腔场的平均光子数和压缩角对纠缠的影响.结果表明:两原子初态的纠缠较强则任意时刻的纠缠也会较强;减小腔场的平均光子数可以延长纠缠存在的时间;腔场的压缩角对纠缠演化的影响比较微弱.     

非对称偏振三维纠缠态的预警制备

在量子信息处理过程中,量子纠缠态扮演着极为重要的角色,其特殊的物理性质,使得量子信息具有经典信息所没有的许多新的特征,为信息传输和信息处理提供了新的物理资源.针对非对称偏振三维纠缠态的制备,基于交叉相位调制技术,以纠缠光子对和两个单光子比特作为初态,通过单光子与相干光的相互作用以及双光子干涉来实现.如果通过三个非计数单光子探测器来预警制备三维最大纠缠态,其概率为3/64.而如果采用特殊的分段式光子探测器,其概率可以提高到3/8,达到理论极限值.该方案在理论上是可行的,效率相对较高,而且预警式的制备为其后续在量子信息过程中的使用提供了很大的灵活性.     

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.     

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.     

光腔中二能级原子双模纠缠光场的制备

利用光腔中二能级原子模型制备出稳定的双模纠缠态，并且运用Duan等人提出的可分离判据对双模腔场的纠缠进行了分析．研究表明：纠缠的程度与单光子泵浦光强度、合作参量、失谐频率有关，并且纠缠最大，光子数也最大．     

潍坊学院光学学科

潍坊学院光学学科是山东省“十一五”、“十二五”省级重点学科,学科所属多光子纠缠与操纵实验室是山东省科技厅批准的“省市共建省级重点实验室培育基地”,也是本省唯一的、具有国际领先技术的量子通信实验室。该学科所开展的量子信息处理理论研究、多光子纠缠源的实验制备、量子通信的纠缠退相干研究等课题,都是当前国际上量子信息领域的热点研究内容,     

任意单光子两自由度量子态的概率远程制备

量子态远程制备为量子信息的传输提供了一种有效的方法.基于共享的部分超纠缠Bell态,提出了任意单光子极化-时间自由度量子态的远程制备方案.发送方根据待制备的量子态信息对手中光子进行幺正操作,通过单光子投影测量和单向经典通信帮助接收方制备出初始量子态,并给出了该方案的成功概率.     

光子加纠缠相干态的非经典性质

通过计算光子加纠缠相干态的光子数分布、Cauchy-Schwartz不等式、二阶关联函数,研究了光子加纠缠相干态的非经典性质．     

二项式光场与三个两能级原子相互作用系统的原子间纠缠

通过计算系统的共生纠缠度和平均纠缠度,研究了二项式态与初始时刻处于GHZ类态的3个两能级原子相互作用系统的量子纠缠特性,讨论了二项式光场的最大光子数和系数参量对系统纠缠特性的影响.结果表明:光场处于数态和相干态时,两原子间的共生纠缠度和平均纠缠度的峰值较小,光场的最大光子数M一定时,光场系数对两原子间的纠缠有一定的破坏作用;光场系数η不变时,光场最大光子数M对系统中两原子间纠缠演化有显著的影响,随着光场最大光子数M的增大,共生纠缠度C(t)达到稳定高频振荡的时间越来越长,平均纠缠度呈现单调递增的趋势,而在光场最大光子数M30时,呈现平缓增长的趋势.     

双模纠缠相干光场与Ξ型三能级原子相互作用系统的光子统计性质

采用求解Schrdinger方程和数值计算方法,研究了双模纠缠相干光场与Ξ型三能级原子相互作用系统的光子统计性质,分析了双模纠缠相干光场的纠缠程度、原子基态概率幅、失谐量、场模与原子的耦合常数以及平均光子数对光子统计性质的影响.结果表明,双模纠缠相干光场的纠缠程度对光子统计性质的影响不大; 原子初态时基态概率幅变大使时间演化曲线的中心显著上移; 失谐量变大使时间演化曲线的振荡频率变慢; 平均光子数、场模与原子耦合常数的变化对光子统计性质的影响也很明显; 光场两模之间总为非经典相关.