纠缠光的存储与提取及相关物理问题的研究

本项目研究基于动态电磁感应透明原理的纠缠光的存储与提取（SREL）及相关物理问题。研究光纠缠与原子自旋纠缠之间的可控交换对原子不同激发通道之间的量子干涉、自旋波失相与衰减、控制场相位匹配和环境噪声等因素的依赖关系，解决不同激发数和不同纠缠模数条件下的SREL问题，并给出其激子纠缠动力学的物理图像；建立存储单元置于量子腔内的、基于腔量子电动力学的SREL理论；特别关注原子热运动与纠缠可逆交换之间的内在联系，揭示原子热运动是如何通过原子内、外部运动自由度之间的耦合，影响发生在原子内部自由度上的光学响应、纠缠动力学等物理过程的。另外，探索光纠缠与同一个原子不同自旋分量纠缠之间的可控交换及量子存储的可能性。希望研究工作能为今后相关量子信息过程的实现提供理论参考，也有助于加深对相关基础物理问题的理解。

（1）关于基于电磁诱导透明（EIT）的纠缠光子在热原子介质中的存储与提取问题的研究，我们引入与原子速度相关的纠缠激子暗态，描绘了量子纠缠在原子系综和光场之间的可控可逆转移清晰的物理图像，解释了与介质原子热运动对纠缠光存储的影响及产生的物理原因。该分析问题的思路对一类具有原子热运动效应的单激发问题的讨论有参考价值。由于谱线展宽等原因，以光子波包称呼光子更为严格，我们将研究从纠缠光子拓展至纠缠光子波包，通过引入了纠缠激子波包暗态的概念及其相应的数学表达，描绘了量子纠缠在热EIT原子系综和多光子波包场之间的可控可逆转移清晰的物理图像，详细研究了常见的纠缠双光波包在热EIT介质中的存储保真度对系统参数的依赖关系。研究光子波包和纠缠光子波包的存储更切合实际需求，目前未见有相关的研究报到。（2）我们基于极化纠缠光存储原理，提出了一种产生频率纠缠光和频率-极化纠缠光的方案，发现在相干作用与光子逃逸作用相平衡的条件下，两种纠缠光的产生是确定性的。该方案对来自于内外界非相干作用具有较强的抵抗能力。另外，纠缠存储是量子通讯网络中的关键部件—量子中继器的核心功能之一，我们还提出了适用于以原子系综为存储单元的量子通讯网络的纠缠纯化模型，以及一个基于镶嵌在双边光学微腔中量子点的量子网络通讯的预报量子中继器模型。（3）我们提出了基于二阶关联效应的电磁诱导Talbot效应和电磁诱导角Talbot效应的理论模型。这里被成像物体是电磁感应光栅（EIG），物体本身没有宏观周期结构，其中用于角Talbot效应的EIG利用了四能级原子介质所产生的强三阶非线性极化。这是第一个采用本身没有宏观周期结构的物体实现非局域（角）Tablot效应的模型。（4）我们还开展了生物医学光学成像的研究，提出了具有强度涨落调制效应的激光散斑微血管成像方法，以及一种基于时空调制自相关技术的全场毛细血管血红细胞速度分布的全场成像的方法，活体生物实验证明了我们的方法是可行的；基于自建的光学层析成像系统，通过引入多次微分的算法，实现了相敏光学相干弹性成像，该成像方案将获国家发明专利；开发了一台可用于同时测量包括角膜厚度、晶状体厚度、视网膜厚度、前房深度、眼轴长度等在内的多个视轴参数的原理仪器。本仪器具有测量精度高、速度快、非接触及舒适度高等优点。