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量子存储介质中光场的量子噪声特性研究

作　者: 蔡瑾
导　师: 张俊香；郜江瑞
学　校: 山西大学
专　业: 光学
关键词: 量子存储 量子噪声 EIT效应
分类号: O431.2
类　型: 硕士论文
年　份: 2008年
下　载: 81次
引　用: 1次
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内容摘要


光与原子相互作用产生的原子相干效应是进行量子信息存储的重要途径。近年来的研究表明,光是进行量子信息传输和量子信息处理的有效载体,但是由于其速度快以及光子之间不易耦合,所以光不能进行信息存储。而实物粒子如原子是国际上公认的理想的量子信息记忆单元,光与原子之间的相干相互作用为量子信息在光场和实物粒子量子态之间的传递提供了有效的途径。因此通过光场与原子的相干作用实现光子与实物粒子之间量子态的传输、存储和提取,将会对发展量子计算、量子通信具有重要意义。近年来,有许多实验小组在实验上验证了经典弱脉冲光信号在这种条件下的存储功能,而量子存储(quantum memory)意味着要实现在散粒噪声极限或散粒噪声极限以下的量子态的存储特性。由于光场的量子态如相干态,正交压缩态和光子纠缠对的量子性,当它们作为量子通讯中的重要传输光源时,在受到量子力学不确定关系的制约下,其量子通讯的安全性具有经典保密通讯不可比拟的优越性,任何窃听者试图通过量子测量来窃取信息都会不可避免的使系统的量子态受到扰动,这也就使窃听行为暴露,从而有望实现真正的保密通信。因此量子存储对进一步提高量子通讯的信息存储容量和保密性具有重要意义,必将推动量子信息科学的进一步发展。寻求更合理及更完备的量子存储系统方案将会对量子信息处理、量子保密通讯、量子信息控制以及量子计算等起到极大的推动作用,同时对它的研究又可使人们对量子力学基本问题进行更深入的理解和检验,使量子力学对微观领域的研究更加完善。论文主要对相干光场在原子相干效应介质中进行量子存储时的噪声特性进行了实验研究,并且提出了对于非经典光场实现量子存储的最佳噪声抑制的理论解释。主要内容如下:1.介绍了利用原子相干效应进行光存储实验的基础和关键技术,对光场经过EIT介质后的噪声进行了测量,提出了利用对噪声的测量验证量子存储特性的实验方案。2.在理论上对振幅压缩的输入探针光通过EIT介质后的噪声谱进行了研究。结果表明,通过EIT后被延迟的压缩光振幅噪声谱不仅决定于输入光的振幅噪声,也有来源于相位噪声向振幅噪声转化的部分以及原子噪声的部分。在这些工作中,属于创新的工作有以下几点:1.测量了相干光场经过EIT介质存储之后的噪声情况,提出对于非经典光场经过存储后非经典特性测量的实验方案。2.利用全量子理论对非经典光场经EIT介质存储后的噪声情况进行了分析,对实验结果进行解释。

全文目录


中文摘要  6-8
ABSTRACT  8-10
第一章 绪论  10-21
  1.1 背景介绍  10-16
    1.1.1 相干布居数俘获(Coherent Population Trapping)  10-12
    1.1.2 电磁诱导透明(Electromagnetically Induced Transparency)  12-13
    1.1.3 光速减慢  13-14
    1.1.4 光脉冲的存储与释放  14-15
    1.1.5 利用原子介质获得量子存储与量子关联  15-16
  1.2 论文的主要工作和意义  16-17
  参考文献  17-21
第二章 光场在存储介质中的量子噪声特性的实验研究  21-38
  2.1 背景介绍  21-22
  2.2 饱和吸收光谱  22-28
    2.2.1 Doppler饱和吸收光谱原理  22-24
    2.2.2 铯原子能级结构  24-25
    2.2.3 铯原子饱和吸收谱的实验测量  25-28
  2.3 光栅外腔反馈半导体激光器  28-30
  2.4 利用原子共振介质EIT现象研究原子对光场噪声的影响  30-34
    2.4.1 观测EIT的实验装置  30-31
    2.4.2 对恢复探针光噪声的测量  31-33
    2.4.3 利用一束光产生EIT的实验研究  33-34
  2.5 小结  34-36
  参考文献  36-38
第三章 非经典光场量子存储的理论研究  38-47
  3.1 背景介绍  38
  3.2 理论模型  38-42
  3.3 输出探针光噪声在特定频率处展开的分析  42-43
  3.4 在非零探测频率处探针光的输出噪声谱  43-44
  3.5 双光子失谐时的噪声谱  44-45
  3.6 小结  45-46
  参考文献  46-47
第四章 总结与展望  47-49
硕士期间发表的文章  49-50
致谢  50-51
个人简介  51-52

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中图分类: > 数理科学和化学 > 物理学 > 光学 > 光本性的理论 > 量子光学
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