连续变量空间多模多组份纠缠的研究

Entangled states, especially multipartite entangled states, is an important resource in the field of quantum information, and is widely applied into quantum teleportation, quantum dense coding, quantum key distribution and quantum computation, etc; Continuous variable spatial multimode and multipartite entanglement, possessing more information and degree of freedom than general entanglement, can be used into spatial precision measurement, super resolution quantum imaging and quantum information transfer from the light to the atom. Basing on spatial multimode optical parametric oscillator, the project will carry out (1) generation and measurement of continuous variable spatial quadripartite entanglement in the experiment. (2) on the orbital and spin Poincare´ sphere，characterizing the variances of the Stokes parameters. (3) Preliminary research on quantum network based on multimode entangled states。

纠缠态特别是多组份纠缠作为量子信息科学中重要的资源，被广泛应用到量子离物传态、量子中继、多通道量子通信、量子密钥分发和量子计算等领域。而连续变量空间多模多组份纠缠态光场，比普通的量子纠缠态，包含有更多的物理信息和自由度，能用于空间信息的精密测量、超分辨率的量子成像、多通道量子网络和光到原子的量子信息的传递等量子方案中。本项目将(1)围绕空间多模光学参量振荡腔、开展连续变量空间四组份纠缠态光场的产生及其纠缠光束的控制与测量的研究。(2)在自旋和轨道角动量布洛赫球上，研究空间多模纠缠态的自旋和轨道角动量纠缠性质，为光场纠缠与原子作用奠定基础。（3）初步开展基于空间多模纠缠的量子网络研究。

纠缠态特别是多组份纠缠作为量子信息科学中重要的资源，被广泛应用到量子离物传态、量子中继、多通道量子通信、量子密钥分发和量子计算等领域。而连续变量空间多模多组份纠缠态光场，比普通的量子纠缠态，包含有更多的物理信息和自由度，能用于空间信息的精密测量、 超分辨率的量子成像、多通道量子网络和光到原子的量子信息的传递等量子方案中。本项目围绕空间多模光学参量振荡腔，开展了连续变量空间高阶横模纠缠态及空间多组份纠缠态光场的产生研究，通过控制泵浦场模式调控光场纠缠特性，实验上基于单个光学腔实现了频率兼并、空间可分离的连续变量四组分纠缠光场，并将其扩展到大尺度的多组分纠缠产生中。另外，基于产生的空间多模纠缠态光场，研究了其光场轨道角动量性质，提出了一种直接测量光场轨道角动量Stokes 分量的方案。作为项目的引申研究，未来将结合Stokes 分量测量技术、自适应技术及经典纠缠等，有效避免长距离空间通信中本地光与信号场之间的相对相位的变化以及空间湍流对信号测量引入的误差，将空间多模纠缠用于自由空间长距离量子通讯中。另一方面，有望将空间多模纠缠光场与原子、纳米粒子结合，探索实现轨道角动量量子信息的存储，甚至宏观的轨道角动量量子态。