光学腔耦合系统中连续变量纠缠态操控的实验研究

The nonlinear control of entangled state is one of the most important technologies in quantum information processing and is the basis for the application of quantum information technology such as quantum teleportation, quantum computing and quantum dense coding. They are the key factors that determine the practicality of quantum manipulator for the disentanglement and manipulation efficiency of quantum entangled states. Compared with discrete-variable entangled state, the advantages of the continuous-variable entangled state are higher certainty, efficiency and detection efficiency. The optical fiber is the most important optical communication channel. We plan to build a new manipulation system of nonlinear entangled staste by using optical coupled-resonator system with a three-cavity mirror and use 1342nm continuous-variable entangled state as the entangled light source. We will experimentally investigate the nonlinear control of EPR entangled optical fields in optical fiber communication band based on optical coupled-resonator system. We attempt to obtain a new quantum technology of manipulation with simple structure, easily operation, low disentanglement, high efficiency. Adopting the above research, we want to promote the practical development of quantum information and deepen the understanding of the entanglement.

纠缠态光场的非线性操控是量子信息处理中最重要的技术手段之一，是实现量子离物传态、量子计算和量子密集编码等量子信息技术应用的基础。量子纠缠态的纠缠度损耗率和操控效率是决定量子操控技术能否实用化的关键因素。与分离变量纠缠态相比，连续变量纠缠态具有确定性高、产生效率和探测效率高等优点，而光纤又是目前光通信最重要的传输通道，本项目提出采用1342nm连续变量纠缠态光场作为纠缠光源；利用三腔镜构成的光学腔耦合系统，搭建一套全新的非线性纠缠态光场操控系统；研究光学腔耦合系统对光纤通信波段连续变量EPR纠缠态光场的非线性操控作用。本项目拟通过以上实验，研究出一种构造简单、易于操作、纠缠损耗低、操控效率高的全新量子信息操控技术，推进量子信息科学技术的实用化进展，加深研究者对量子纠缠物理本质的理解。

量子信息是基于量子物理和信息科学的交叉学科，它主要利用量子纠缠作为载体来完成信息的传递和处理，具有深刻的物理意义和广阔的应用前景。相比于传统信息科学，量子信息技术在安全性、高效性等方面具有不可比拟的优势，所以逐渐成为目前的研究热点。而量子操控是实现纠缠光源纠缠度提高、量子信息处理的重要技术手段之一，是进行量子计算和构建量子信息网络的关键。本项目就是基于以上重要性，开展的以耦合光学腔系统为核心的纠缠态光场调控技术研究。.本项目的主要研究成果包括： 1）搭建了1342nm波段高纠缠度连续变量EPR纠缠光源。利用671nm/1342nm双波长全固态激光器作为实验光源，使用一个基于Ⅱ类PPKTP晶体为核心的非简并光学参量振荡器制备出纠缠度为5dB左右的连续变量EPR 纠缠态光场。2）在理论上深入研究了耦合腔之间耦合强度对纠缠态光场量子调控的影响，分析了其与光学参量过程间的耦合调控特征，从而在理论上对项目实验方案的可行性进行了论证。3）实验搭建了耦合光学腔纠缠调控系统，并以耦合双光学腔为实验载体，研究了该系统对于EPR纠缠光束量子调控的特性。实验结果表明，该系统基本实现了对纠缠光的量子操控。在该项目支持下，一共发表论文6篇，其中SCI检索4篇，ESCI/EI检索2篇；获发明专利授权2项。完成项目预定目标。.本项目利用双光学腔腔内光场之间的量子干涉作用做为纠缠光束调控机制，从理论和实验两个方面研究了耦合光学腔系统对纠缠光束的调控作用，为量子信息和量子计算的实用化提供了一定的研究基础。