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光量子纠缠态的制备与应用

作　者: 王素梅
导　师: 张怿慈；吴令安
学　校: 山东师范大学
专　业: 原子与分子物理
关键词: 光量子纠缠态 参量下转换 真随机数产生 绝对标定
分类号: O413
类　型: 硕士论文
年　份: 2004年
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内容摘要


量子纠缠态在基本量子物理研究领域中有着极其重要的地位，同时又是量子信息技术的核心问题。光量子纠缠态也是量子光学领域最近的研究热点。本文简单介绍了光量子纠缠态的研究进展，重点论述了双光子纠缠态的制备与应用方案。 非线性晶体中的自发参量下转换过程是目前最普遍的光量子纠缠态的制备方案，本文详细介绍了自发参量下转换产生纠缠光子对方案的原理。很多纠缠态的实验都在这个基础上展开，但一般来说，参量下转换产生纠缠光子对的效率很低，因此提高纠缠光子对的效率是需要迫切解决的问题。为此本文又进一步介绍了利用准相位匹配过程制备光量子纠缠态的方案，并提出了应用准周期准相位匹配晶体中的参量混频过程制备光量子纠缠态的方案。 近年来，纠缠态，特别是双光子纠缠态，已经不再拘束于当初EPR(爱因斯坦Einstein，波多尔斯基Podolsky和罗素Rosen)提出的深奥玄妙的理论概念，而被应用到很多高新技术和基础研究领域，比如：光探测器量子效率绝对标定及光辐射绝对测量、量子隐形传态、量子传真、量子密码通讯、量子图像学、量子光刻以及量子计算。本文重点讨论了光量子纠缠态在单光子探测器量子效率的绝对标定和真量子随机数产生两方面的应用。利用光量子纠缠态可实现单光子探测器量子效率的绝对标定，本文介绍了该应用的实验原理，并提出一种新的实验方案，用双光子纠缠态对单光子探测器量子效率进行自绝对标定，即不需要另一个探测器而实现绝对标定。众所周知，信息安全至关重要，在目前研究的热门领域—量子密码通信体系中必须引入真随机数发生器，才能保证量子密码通讯的安全性。在本文中我们提出了应用光量子纠缠态产生真随机数序列的方法。 本文还介绍了我们研究小组在光量子纠缠态的制备和应用方面的实验工作。我们搭建了单光子探测系统，成功实现了基于He-Cd连续激光器泵浦BBO非线性晶体的光量子纠缠源，应用该纠缠态源，我们搭建了真随机数产生源，利用单光子探测器，较高速的信号处理电路和计算机数据采集系统，接收纪录由纠缠光子对产生的单光子源随机的选择某一路径通过50／50％分束器的光子，从而获得原始的二元随机序列。实验过程中采用了符合测量的方法，使得连续激光可以代替脉冲激光产生随机序列，而由脉冲激光衰减形成的随机源其随机数产生的速率要受激光脉冲重复频率的限制，因此用连续激光做光源原则上可以大大提高随机数产生的速率。对采集的数据我们采用国际上通用的随硕士学位论文摘要机数测试程序一ENT来检测其随机性，结果表明，实验获得的随机序列完全满足真随机数的标准。在单光子探测器的自绝对标定方面，我们已经搭建了光路和探测系统，并获得了初步结果，进一步的实验正在进行中。 论文共分四章: 第一章是综述，介绍光量子纠缠态的基本概念及对光量子纠缠态的研究现状; 第二章介绍光量子纠缠态制备的几种方案，重点介绍了通过参量下转换方案产生纠缠光子对的原理及实验; 第三章详细介绍了将双光子纠缠态应用于产生真量子随机数的实验过程; 第四章主要介绍利用双光子纠缠态绝对标定单光子探测器的量子效率的原理。

全文目录


★ 摘要  3-5
★ ABSTRACT  5-7
★ 目录  7-9
★ 第一章 综述 光量子纠缠态  9-19
  1.1 综述  9-14
  1.2 量子纠缠态的基本概念  14-16
  1.3 光量子纠缠态的研究现状  16-19
★ 第二章 光量子纠缠态的制备  19-38
  2.1 光学非线性过程和自发参量下转换  19-21
    2.1.1 光与非线性光学介质的相互作用  19-21
    2.1.2 自发参量下转换的经典解释  21
  2.2 自发参量下转换产生纠缠光子对  21-24
  2.3 周期极化准相位匹配晶体SPDC方案  24-27
  2.4 准周期极化QPM晶体参量耦合过程产生光量子纠缠态  27-30
  2.5 光量子纠缠态的实验制备  30-37
    2.5.1 单光子计数技术概述  30-31
    2.5.2 单光子探测系统  31-32
    2.5.3 单光子符合测量系统  32-34
    2.5.4 利用SPDC过程产生纠缠光子源的实验装置  34-37
  2.6 本章小结  37-38
★ 第三章 利用光量子纠缠态产生真随机源  38-49
  3.1 光量子真随机数研究的意义  38
  3.2 光量子真随机源的一般原理  38-40
  3.3 利用纠缠光子对产生真随机数  40-47
    3.3.1 利用纠缠光子对获得单光子源  40-42
    3.3.2 利用纠缠光子对产生真量子随机数  42-47
  3.4 本章小结  47-48
  附录  48-49
★ 第四章 利用双光子纠缠态标定探测器的量子效率  49-56
  4.1 单光子探测器量子效率绝对标定的意义  49-50
  4.2 单光子探测器量子效率绝对标定原理  50-55
  4.3 本章小结  55-56
★ 结论  56-57
★ 参考文献  57-63
★ 发表文章目录  63-64
★ 致谢  64

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中图分类: > 数理科学和化学 > 物理学 > 理论物理学 > 量子论
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