连续变量偏振纠缠态光场制备的实验及理论研究

Quantum entanglement is the key resources of quantum information. With the development of the quantum information networks, the interaction between optical fields and atom has been the hot topic. Both the polarization of optical fields and the spin of atoms are represented by Stokes parameters, and can directly interact between each other. And the measurement of the polarization of optical fields does not need the local oscillation optical fields. So polarization entangled optical fields play the important role in quantum memory and quantum information networks. We plan to obtain tunable continuous variable polarization entangled optical fields by utilizing the multiple optical parameter amplifiers pumped by light from frequency doubler of Ti: Sapphire laser, and at the same time theoretically research the relationship between polarization entanglement character of optical fields and all the experimental parameters, which are the essential source for the next step research of the entanglement between optical fields and atomic ensembles.

量子纠缠是进行量子信息研究的重要资源。随着量子信息网络研究的发展,光场与原子之间的相互作用已经成为目前量子信息研究的一个热门课题。由于光场的偏振分量和原子的自旋分量均利用斯托克斯基失描述，便于直接相互作用，而且光场偏振分量的测量不需要本地振荡光场。因此，偏振纠缠态光场在量子存储以及量子信息网络中有着重要应用前景。我们拟利用钛宝石激光器的倍频光场泵浦的多个光学参量放大器，得到波长可连续调谐的连续变量偏振纠缠态光场，同时理论研究光场的偏振纠缠特性与实验系统各参数的关系，这将为下一步开展光场与原子系综之间纠缠的研究提供必要的光源。

量子纠缠是实现量子信息的重要资源。随着量子信息网络的发展,光场与原子之间的相互作用已经成为目前量子信息研究的热门课题之一。连续变量量子信息由于具有高效制备、操控和测量的优势，因而引起了人们的广泛关注。该项目围绕波长与原子相互作用的连续变量非经典光场以及两套原子系综之间的连续变量量子纠缠的制备开展了研究，主要完成了如下方面的工作：通过两束正交压缩光场在偏振分束棱镜上耦合，实验产生了低于量子噪声极限4dB的连续变量偏振压缩光场；将两组份EPR纠缠光场和两束相干光在偏振分束棱镜上耦合，实验制备了两组份连续变量偏正纠缠光场，两组份不可分判据中的归一化斯托克斯算符的量子关联噪声组合达到0.5（低于量子噪声极限1）；将三组份GHZ类纠缠光场和三束相干光在偏振分束棱镜上耦合，实验得到了三组份连续变量偏正纠缠光场，三组份不可分判据中的归一化斯托克斯算符的量子关联噪声组合分别为0.42，0.41，0.42（均低于量子噪声极限1），三组份真正纠缠判据的值为1.25（低于量子噪声极限2）；理论提出了通过光和原子混合纠缠交换，确定性地建立两个空间分离的原子系综之间量子纠缠的方案。由于光场的偏振分量和原子的自旋分量均利用斯托克斯基失描述，便于直接相互作用，而且光场偏振分量的测量不需要本地振荡光场。因此，本项目的研究结果可以为量子测量、量子存储以及量子信息网络的研发提供实验和理论基础。