量子网络研究进展

量子网络是通过量子节点来产生、处理和存储量子信息，利用飞行比特作为量子信道来传递量子信息的全量子信息处理与传输网络系统．量子网络不仅是实现长距离、网络式量子通信的基础，还可以实现可扩展的分布式量子计算机，并可应用于凝聚态多体系统的量子演化模拟．因此，量子网络是以量子通信、量子计算和量子模拟为中心的量子调控研究的核心课题．目前，选择合适的物理载体作为量子节点以及合适的相互作用形式以实现光子与光子、光子与量子节点以及不同量子节点间的相互作用是量子网络研究的重要课题．冷原子系综以及腔量子电动力学系统是实现量子节点的典型代表．文章将结合本实验室的研究来综述量子网络在以上2个物理系统中近期的部分研究进展，并在文末对量子网络的发展做一定展望.     

玻色-爱因斯坦凝聚体量子模拟实验技术进展

玻色爱因斯坦凝聚体（BEC）的最初理论在1925年由爱因斯坦和玻色提出,直到1994年才通过激光冷却原子气体的方法在实验室实现,并于2001年获得诺贝尔物理学奖。BEC具有宏观量子特性并且具有较长的相干时间,因此是开展量子模拟研究的重要平台。随着光阱、光晶格、微结构光阱和量子气体显微镜等技术的发展,基于BEC的量子模拟器不仅能够用于研究凝聚态物理中已有的基本模型,而且能够探索自然界中不存在的新奇量子物理现象和量子物态。甚至在非平衡和动力学演化研究方面,BEC量子模拟器可以用来研究当前物理实验中无法观测的快速量子物理现象。     

冷原子系综中窄线宽纠缠光子对的产生和调制

窄线宽纠缠光子对可以用来验证量子力学的一些基本概念,如非定域性.另外,窄线宽纠缠光子对应用于量子信息处理,可以极大增加量子通信的距离以及分布式量子计算的规模.论文系统介绍在冷原子系综中,利用四波混频和电磁诱导透明来产生窄线宽纠缠光子对以及对窄线宽纠缠光子对的波形进行调制的实验方法.     

宣布式可控波形单光子的产生和应用

在时域上操控单光子的波形不但可以应用到基础量子物理研究,也可以应用到量子信息处理.窄线宽纠缠光子对的成功产生让时域上操控单光子的波形成为可能.本文首先介绍了利用四波混频和慢光技术在大光学厚度的冷原子系综中产生窄线宽纠缠光子对,进而获得宣布式可控波形单光子的工作.在此基础上,本文进一步介绍了宣布式可控波形单光子波形的操控.然后介绍宣布式可控波形单光子在基础量子物理和量子通信方面的应用,具体包括:(1)单光子光前驱波;(2)宣布式可控波形单光子与二能级原子相干相互作用;(3)宣布式可控波形单光子差分相位编码量子密钥分发.