理论上对二级相变中热容、体膨胀系数、等温压缩系数三个热力学物理量的变化进行了分析,进而使用自旋链模型的基态能量和von Neumann熵随模型参数变化的突变行为对二级相变中这三个物理量的变化所引起的系统序变进行模拟,得到二级相变中热容、体膨胀系数、等温压缩系数的变化是由于系统内部微观上发生关联序变的结果。

2016年8月16日1时40分, 我国长征二号运载火箭成功将世界首颗量子科学实验卫星“墨子号”发射升空。然而, 有关宇宙微波背景辐射(Cosmic Microwave Background radiation, 简称CMB)对量子卫星信道通信性能及纠缠储备量影响的研究, 至今尚未展开。为此, 本文根据CMB辐射谱与黑体辐射谱完美的拟合特性和小尺度范围内的各向异性, 得到CMB绝对温度、辐射波长和黑体辐出度的关系。针对幅值阻尼信道, 建立了CMB绝对温度、黑体辐出度、辐射波长、信道平均保真度和纠缠度之间的定量关系。仿真结果表明, 当CMB绝对温度为2.7 K和3.0 K时, 黑体辐出度分别为0.03 W·μm和3.72 W·μm, 量子卫星信道的平均保真度和纠缠度分别为0.64、0.43和0.41、0.12。由此可见, CMB对量子卫星信道通信性能的影响极大。因此, 在实际的量子卫星通信系统中, 应根据不同的CMB绝对温度, 自适应调节算符纠缠的幺正操作, 改变信道的纠缠储备量, 使信道纠缠度维持在相对稳定的状态, 降低CMB对卫星信道通信性能的影响。

基于绝热捷径技术,我们提出了一个通过设计共振脉冲,仅用一个操作步骤便实现两原子相位门的理论方案。我们讨论了原子自发辐射和腔中光子泄漏对方案的影响,数值结果表明当前方案对上面的两种耗散效应和试验参数的误差都具有鲁棒性。此外,本方案所需的演化时间非常短并且在整个演化过程中都不需要额外引入复杂的脉冲。因此,这个方案在当前实验条件下是比较容易实现的。

本文提出了一种基于线性光学的多通道混合纠缠态方案。最初的混合纠缠态是在连续变量猫态和分离变量单光子量子比特之间产生。该方案基于线性光学元件,利用分束器在初始混合纠缠态基础上产生多通道混合纠缠态(M组)。在此基础上,对每对混合纠缠态相对初始混合纠缠态的保真度进行了计算,并分析了保真度随所分份数多少及猫态大小的变化关系。这种多通道混合纠缠态将会为涉及分离变量与连续变量的多通道量子信息传输及存储、量子网络节点信息分布等提供重要的资源。

具备有效存储和读取光的相干态的能力是实现连续变量量子信息存储的关键。本文研究了利用混合光子回声技术对光场的相干态进行存储和读取。光量子态被记录在原子系综的基态的两个相干能级中从而实现长时间的量子态存储。考虑到由于原子退相干的噪声效应, 我们发现在目前可实现的技术条件下存储保真度仍然高于保真度阈值2/3。我们的研究为实现高效准确的基于量子回声技术的光量子态存储提供了一些切实可行的实践指导。

本实验通过饱和吸收方法获得了铷原子5S1／2→5P3／2单光子跃迁光谱,并进一步研究了铷原子5S1／2→5P3／2→5D5／2的双光子跃迁光谱。使用780 nm的控制光和776 nm的信号光反向共线作用到铷泡中,通过探测6P3／2→5S1／2自发辐射产生的420 nm蓝光信号得到铷原子5S1／2→5P3／2→5D5／2双光子跃迁光谱,利用法布里-珀罗干涉仪测量了87Rb和85Rb的5D5／2激发态超精细能级,详细研究了铷泡温度和776 nm信号光功率对87Rb 5S1／2(F=2)→5D5／2双光子跃迁光谱的影响。该研究工作为基于原子分子精密光谱测量提供了实验基础。

以变系数耦合高阶非线性薛定谔方程为理论模型,采用分步傅里叶方法,讨论了孤子和艾里脉冲在光纤中的传输特性。研究表明三阶色散、自频移和自陡峭效应导致孤子和艾里脉冲所分离出的俘获孤子的中心位置发生偏移,且三阶色散会影响俘获孤子的强度,并讨论了两脉冲的中心位置及强度对艾里脉冲截断系数的依赖关系。

本文分别利用Gauss、Lorentz和Voigt函数对10 Pa背景气压下飞秒激光诱导Cu等离子体光谱进行了拟合分析,结果表明,光谱在150 ns内与Lorentz线型符合较好,200 ns后与Gauss线型符合较好, Voigt线型与实验谱线一直符合较好。本文还对等离子体的电子密度和温度进行了诊断,并给出了它们随时间的演化;由发射光谱强度的时空演化,推知了等离子体的空间分布;利用时间飞行谱(TOF)得出了等离子体初期沿垂直靶面的膨胀速度。

本文设计并提出一种基于金属-介质-金属结构的带有半环形共振腔的表面等离子体光波导滤波器,利用数值模拟的方法研究了其传输特性。结果表明,在该结构传输谱曲线中形成的滤波阻带位置可以通过改变半环形共振腔的半径来调整。另外由于结构固有的特性,在传输谱曲线上还可以观察到类似等离子体感应透明的传输特性,而且这一特性可以通过改变半环形共振腔与直波导之间的耦合间距和采用面对面放置的双半环结构进行调节。本文所设计的结构可以动态控制光的传输,并可以应用于紧凑型纳米光学器件集成领域。

设计了一种由涂覆双层石墨烯的圆形介质纳米线组成的表面等离子体光波导。利用有限元法(FEM), 数值分析了纳米线半径、介质夹层厚度、石墨烯化学势以及工作频率对波导所支持的电磁场模式的有效折射率、传播长度、归一化模式面积以及品质因数等模式特性的影响。结果表明, 这种新型的混合表面等离子体光波导具有很强的模式束缚能力, 归一化模式面积非常小, 可以实现极高密度的器件集成, 并且传输损耗较低。

本文详细分析了各向异性光子晶体环境中量子弱测量和测量反转对原子熵压缩的影响,得到一些重要结论。研究发现,量子比特和光子晶体带隙边缘频率之间的失谐量δ以及量子弱测量和测量反转强度对熵压缩起着重要作用,通过调节它们,可以获得更好的熵压缩。

我们实验研究了(110)-GaAs量子阱中光生载流子对电子自旋弛豫的影响。通过测量量子阱的荧光寿命和光学吸收计算,我们能得到不同泵浦光功率下的带间吸收所产生的空穴浓度;相对应地,通过双色磁光科尔旋转技术,我们测量了该GaAs量子阱中电子自旋的动力学过程。结合两者,我们得到了电子自旋弛豫速率与空穴浓度的关系。实验结果表明电子自旋弛豫速率与空穴浓度呈线性依赖关系,验证了Bir-Aronov-Pikus机制主导该体系的电子自旋弛豫。

利用金刚石氮空位色心体系耦合于一个双边的光子晶体腔(该光子晶体腔与两个波导耦合)来制备Bell态、GHZ态和团簇态。当光子被探测和进行幺正操作后,就得到纠缠态。同时计算了该体系的保真度,发现在近似参数条件下,该模型可得到较好结果。

基于飞秒脉冲的同步泵浦参量过程产生的多模时域飞秒压缩光场,由于其独特的优势,特别是可以享有单模光纤网络兼容,是实现可扩展量子计算及大容量量子通讯的良好光源。由于无法实现多模时域飞秒压缩光场的空间分离,目前对于多模时域飞秒压缩光场的测量,采用最为有效的平衡零拍探测。因此如何构造与时域飞秒压缩光场时域函数分布相同的本地光,是其中的关键内容,并直接影响测量效果。本文主要理论研究了本地脉冲光的时域整形方案,分析了系统参数对整形后的多模本地光的保真度以及系统调制效率的影响,并结合实验参数提出可能的解决办法。

本文利用周期极化磷酸氧钛钾晶体构成的半整块结构简并光学参量振荡器实验制备了连续变量光通信波段低频压缩态光场。光学参量振荡器的阈值功率为210 mW。当775 nm抽运光场功率为130 mW时,在分析频段50 kHz~900 kHz范围内获得真空压缩态光场。在200 kHz分析频率处,压缩态光场的最大压缩度达50 dB;在最低分析频率50 kHz处,压缩态光场的压缩度为20 dB。该低频压缩态光场可为基于光纤的量子精密测量提供量子光源。