多模光力学系统的量子纠缠的高效产生

One of the most important applications of optomechanics in quantum information is to mediate the quantum state transfer and the entanglement generation. It has been provn theoretically that the entanglement between optical field and microwave field can be generated by coupling to a micromechanical resonator. However, due to the influence of quantum dissipation and quantum noise, it is difficult to achieve a significant amount of entanglement and to use it as a sizable resource for quantum information processing. This project is devoted to solve this problem and explore how to achieve large entanglement in an efficient way for realistic parameters. The possible solutions to be examined includes reservoir engineering, utilization of mechanical dark mode and the purification/condensation of entanglement. In addition, we will also examine the multipartite entanglement and explore how to use the generated optomechanical entanglement for information processing in a quantum network.

光力学系统在量子信息中最重要的应用之一即作为量子态传输和量子纠缠产生的媒介。目前已经有理论表明通过微纳米机械振子可以产生光波场和微波场的纠缠量子态，但由于该系统量子耗散和热噪声的影响，系统的稳态纠缠比较小，难以在实验上观测到、也不足以作为有效的量子信息处理资源。该课题主要拟解决如何在噪声影响下产生高度纠缠，使其在现行实验条件下的观测与应用成为可能。我们将从几个不同的物理机制来深入探讨产生高度纠缠的可行方案，这将包括人工热库操控、机械暗模式的利用以及纠缠的提纯与浓缩。此外，我们还将系统研究多模纠缠以及如何将光力学纠缠应用于量子网络的量子信息处理方案。

光力学系统在量子信息中最重要的应用之一即作为量子态传输和量子纠缠产生的媒介。理论上通过微纳米机械振子可以产生光波场和微波场的纠缠量子态，但由于该系统量子耗散和热噪声的影响，系统的稳态纠缠比较小，难以在实验上观测到、也不足以作为有效的量子信息处理资源。该项目在光力学系统的量子纠缠与量子操纵方面开展了一系列的研究，包括对耗散系统输出量子纠缠的波包优化、非边带可分辨体系的强纠缠与强压缩态的产生、通过可调制的光力学耦合实现机械振子的强纠缠、光力系统的非线性以及光力系统与其他固态量子系统的态传递问题等。项目取得的重要结果有：提出了利用耦合高品质光腔在非边带可分辨光力系统中取得大于3dB的强压缩的方法并进一步推广到强纠缠态的产生；解析推导了输出纠缠的波包优化条件；提出了光力学非线性效应加强的新方案并利用Keldysh格林函数进行了解析计算，结果清晰简洁并与数值吻合非常好。多篇工作发表在Physical Review系列。