利用自发拉曼散射过程产生光与原子纠缠源

论文摘要

光与原子纠缠源是DLCZ（Duan-Lukin-Cirac-Zoller）量子中继方案中重要资源,其在纠缠分发、量子态存储以及纠缠纯化过程中发挥了至关重要的作用。2001年Duan等人提出DLCZ中继方案,在该方案中提出直接利用拉曼散射过程中散射光子与自旋波之间的非经典关联来构建量子中继,此后关于光与原子纠缠源的实验研究引起了人们广泛的关注,并随后取得了许多重要的成果。在DLCZ协议中,利用自发拉曼散射过程直接在冷原子系综产生光与原子纠缠源,实现纠缠的存储过程,我们称之为“写”过程;随后再通过读取存储在原子系综的自旋波并将其转化为单光子读出,实现两个光子之间的纠缠,我们称之为“读”过程。在写过程中建立了原子系综与光子之间的纠缠,产生的纠缠单光子被用于纠缠交换联结两个分离的节点,而存储在原子系综的自旋波则以备将来读取待用。所以纠缠源作为量子中继的核心元件,它的品质至关重要。本文利用自发拉曼散射过程在冷原子系综中产生光与原子纠缠源,研究了反斯托克斯光子读出效率与冷原子系综的光学厚度OD以及读光功率的变化关系。随后我们又研究了光—原子纠缠质量与anti-Stokes光子读出效率的关系,并测量了纠缠源在原子系综的存储寿命。通过本论文的研究我们选择合适的参数优化提升光与原子纠缠源的品质,为我们接下来的长寿命、高读出效率的光与原子纠缠源的实验研究奠定了基础,本文主要内容有:（1）首先回顾了量子中继方案的基本原理以及DLCZ量子中继方案,随后介绍了冷原子系综的俘获与光与原子纠缠的产生方案,并介绍了近年来光与原子纠缠产生方面的实验进展。（2）介绍了利用自发拉曼散射过程产生光与原子纠缠的基本原理,并从反斯托克斯光子的读出效率、二阶关联函数、Bell参数S等方面对光与原子的纠缠特性进行了详细概括。（3）在冷原子系综中利用自发拉曼散射过程开展了光与原子纠缠产生的实验研究。通过改变再泵浦光功率影响所俘获原子的光学厚度,进而展开了冷原子系综的光学厚度与读光功率对读出效率的影响。在光学厚度OD逐渐增加的同时,光与原子的读出效率也随之由2.1%增加至18%。在研究读光功率对读出效率的影响实验中,我们测量了光与原子读出效率、噪声以及探测器所采集到的所有信号计数三者随读光功率的变化曲线。通过测量我们得出噪声对信号采集的影响基本保持一个稳定值,而光与原子纠缠的读出效率与总的探测计数两者随着读光功率的变化呈现相同的趋势,且这种增长趋势在读光功率增加至1.5mW时变缓。另外我们还研究了读出效率对光与原子纠缠制备的影响,通过对比两种不同的写光激发率的条件下测量了Bell参数S值随着读出效率的变化曲线,结果显示两种不同激发率下读出效率与Bell参数S值的变化曲线趋势基本相同,但是激发率在1%的时候,相同读光功率所测量的S值略高于激发率为1.5%时所测S值。同时系统所测S值最高可达2.6,并在读出效率高于0.6%时系统产生纠缠。（4）最后总结了本文的研究内容,通过本文对光与原子纠缠制备的实验研究可以优化纠缠源的纠缠特性,下一步我们在此基础上开展了长寿命的光与原子纠缠源制备的实验研究。

论文目录

• 中文摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
•   1.1 量子中继
•   1.2 基于冷原子系综的DLCZ方案
•     1.2.1 冷原子俘获
•     1.2.2 DLCZ方案
•   1.3 基于冷原子系综的光与原子纠缠源
•   1.4 本章小结
• 第二章 光与原子纠缠源的特性
•   2.1 光与原子纠缠源读出效率
•   2.2 光与原子纠缠源的质量
•     2.2.1 二阶关联函数
•     2.2.2 光与原子纠缠态的贝尔不等式
•   2.3 本章小结
• 第三章 利用自发拉曼散射过程产生光与原子纠缠源
•   3.1 能级结构与实验装置
•     3.1.1 能级结构及实验装置
•     3.1.2 滤波装置
•     3.1.3 纠缠光子偏振相位补偿
•   3.2 光与原子的读出效率
•   3.3 光与原子的纠缠质量及寿命
•   3.4 本章小结
• 第四章 总结
• 参考文献
• 攻读硕士期间取得的研究成果
• 致谢
• 个人简介及联系方式

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 张常睿

导师: 王海,李淑静

关键词: 自发拉曼散射,光与原子纠缠源,读出效率,纠缠质量

来源: 山西大学

年度: 2019

分类: 基础科学

专业: 物理学

单位: 山西大学

分类号: O431.2

DOI: 10.27284/d.cnki.gsxiu.2019.001170

总页数: 58

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