连续变量超纠缠态光场研究

Quantum entanglement state is a key resource for quantum information. The good quality entanglement state of high entanglement degree, multi-color and multi-party entanglement and multi-channel space entanglement is very important and urgent needed now as the development of quantum information science. With 4 modes resonant in a cavity, it is possible to realize continuous-variable hyperentanglement in a type II phase matching optical parametric oscillator. The hyperentanglement is an entanglement state including both orbital entanglement and polarization entanglement together. It is related with other several entanglements including high order mode entanglement. It is also possible to obtain 4 parts entanglement with hyperentanglement. Compensating the Gouy phase in nonlinear crystal with symmetry and balance, we will realize 4 modes resonant and demonstrate continuous-variable hyperentanglement experimentally.

纠缠态是量子信息的核心基础，随着量子信息的发展，对高纠缠度高质量纠缠源、多组份多色纠缠光源以及多通道空间纠缠光源的需求更加迫切，它们在量子信息传输、存储、读取、交换以及并行处理中具有非常重要的意义。在光学参量振荡中实现四模共振的条件下，利用II类相位匹配技术可以同时获得连续变量超纠缠态光源，也就是同时具有轨道角动量纠缠和偏振纠缠的两对纠缠的光源。这一超纠缠态同时包含有高阶纠缠在内的多种纠缠，利用超纠缠态可望在一个光学参量震荡腔内同时获得多种四组份纠缠。我们拟采用对称平衡补偿方法解决高阶模在晶体中传播不可避免的Gouy相位问题，实验获得轨道角动量纠缠和偏振纠缠的连续变量超纠缠态光源，研究个光束的分离、合成控制及其测量，同时开展连续变量多组份纠缠研究。这种具有轨道角动量纠缠的多组份纠缠，无论对量子信息、光与原子相互作用以及量子物理本身研究都具有重要意义。

纠缠态是量子信息的核心基础，随着量子信息的发展，对高纠缠度高质量纠缠源、多组份多色纠缠光源以及多通道空间纠缠光源的需求更加迫切，它们在量子信息传输、存储、读取、交换以及并行处理中具有非常重要的意义。在光学参量振荡中实现四模共振的条件下，利用 II 类相位匹配技术可以同时获得连续变量超纠缠态光源，也就是同时具有轨道角动量纠缠和偏振纠缠的两对纠缠的光源。这一超纠缠态同时包含有高阶纠缠在内的多种纠缠，利用超纠缠态可望在一个光学参量振荡腔内同时获得多模四组份纠缠。这种具有轨道角动量纠缠的多组份纠缠，无论对量子信息、光与原子相互作用以及量子物理本身研究都具有重要意义。.我们采用对称平衡补偿方法解决了高阶模在晶体中传播不可避免的 Gouy 相位问题，实现了TEM01和TEM10两个高阶模式在参量振荡腔内同时共振，进而实验上获得轨道角动量纠缠和偏振纠缠的连续变量超纠缠态光源。利用不等臂MZ干涉仪将振荡器输出的不同模式的光束分离、控制及平衡零拍测量，有效测量与研究了超纠缠光源的纠缠度与纠缠特性。进一步，利用Gouy相位补偿技术，在同一个光学参量振荡器中，直接输出不同模式不同偏振态的四组分GHZ纠缠态，并分别利用偏振分束器和非对称MZ干涉仪将不同偏振和不同模式的光束分离，完成了四组分纠缠的有效测量。通过研究高阶模式的复杂振幅相位分布特征，我们提出一种基于高阶模式的精密测量方案，大大提高了光束位移测量精度，与采用空间压缩态的测量相比，此方案具有装置简单、抗损耗的优势，并进一步采用空间压缩态光场作为探针，完成了超越标准量子极限的光束位移测量。