光学分束器系统作用下的叠加相干态的非经典特性研究

论文摘要

近年来,随着量子力学的发展,量子信息已经成为现代物理学和信息科学中最前沿的学科之一,量子力学作为人类历史上最成功的理论与相对论一起构成了现代物理学的理论基础。量子纠缠已成为量子力学中许多基础工作的中心。除了这些基础方面,激发和操纵纠缠态对量子信息应用非常重要,如在量子计算、量子传输、量子密集编码、量子密码学中。量子纠缠被认为是最重要的量子信息源。本文主要研究了分束器系统作用下叠加相干态的非经典特性。具体研究了分束器系统对光场纠缠、反聚束、单模压缩、和压缩、差压缩这些非经典特性的影响。第二章简要介绍分束器的基本理论。第三章介绍光场的非经典特性,包括反聚束、压缩等,及纠缠的度量方式concurrence的定义及计算。第四章到第五章是本文的工作,得出了一些有意义的创新性结论。第四章研究了纠缠相干态作为分束器的输入态时,分束器对光场纠缠、反聚束、单模压缩、和压缩、差压缩等非经典特性的影响。通过研究,发现在一般情况下,输出态仍为纠缠态,分束器使输出态的纠缠度小于或等于输入态的纠缠度。特别,当分束器上反射光场与透射光场之间的位相差为π/2,3π/2时,输出态与输入态的纠缠度相同,分束器不改变纠缠度。当分束器透射系数等于反射系数、反射透射光束相位差为0,π,2π时,输出态不再为纠缠态,输出态中纠缠消失。因此分束器既能产生纠缠,也能减小纠缠。对反聚束效应与和压缩效应,分束器对它们无影响。而单模压缩、差压缩等效应,分束器对它们有影响。第五章研究了由分束器等光学元件组成的傅里叶多端口装置产生纠缠和解纠缠特性,证明了傅里叶多端口装置在一定条件下可作为纠缠转换器。表明光学傅里叶多端口装置不但能使非纠缠的输入态产生纠缠,而且也能破坏输入态中的纠缠,即傅里叶多端口装置能将输入的纠缠态(或非纠缠态)转换为非纠缠态(或纠缠态)。在量子信息中,量子纠缠是重要的量子信息源,因此,傅里叶多端口装置被认为是一种源处理器。我们具体研究了两模和三模纠缠相干态的产生和破坏,我们分别给出了,通过使用傅里叶四端口装置和六端口装置,如何产生和破坏Bell型两模纠缠相干态,GHZ型和W型三模纠缠相干态。可以相信傅里叶多端口装置也能产生和破坏多于三模的多模纠缠相干态,包括已被证实在连续变量量子信息处理方面有使用价值的多模GHZ型和W型纠缠相干态。指出了装置产生和破坏纠缠的能力与态有关,取决于输入态的参数。可以预期傅里叶多端口装置的纠缠转换性能在量子光学网络和量子信息技术中有潜在的应用前景。

论文目录

• 中文摘要
• 英文摘要
• 第一章 绪论
• 第二章 光学分束器的基本理论
• §2.1 分束器的经典描述
• §2.2 量子分束器的矩阵变换表示
• §2.3 量子分束器的变换算符
• §2.4 分束器算符的一般性质
• 第三章 光场的非经典特性
• §3.1 光场的反聚束效应
• §3.2 光场的压缩效应
• §3.2.1 单模压缩
• §3.2.2 双模压缩
• §3.3 光场的纠缠并发度
• 第四章 光学分束器作用下的纠缠相干态的非经典特性
• §4.1 分束器作用下的纠缠相干态的纠缠
• §4.2 光场的反聚束效应
• §4.3 单模压缩
• §4.4 和压缩
• §4.5 差压缩
• §4.6 小结
• 第五章 多端口系统纠缠的产生和破坏
• §5.1 傅里叶多端口装置
• §5.2 连续变量纠缠态的产生
• §5.3 连续变量纠缠的破坏
• §5.4 小结
• 第六章 总结与展望
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间完成的论文
• 致谢