双光子纠缠光源的制备与应用研究

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摘要：在本论文中，我们阐述了双光子纠缠态的概念、纠缠判定的方法和双光子纠缠态的应用，详细介绍了在非线性晶体中通过自发参量下转换过程制备纠缠双光子源的理论。在调研光学超晶格制备纠缠光子对的理论和实验进展的基础上，我们提出利用多重准相位匹配技术，并联五块一维极化畴结构的掺杂5mol%氧化镁的铌酸锂晶体，通过自发参量下转换过程集成制备双光子的四维空间模式纠缠Dicke态的理论方案。我们还给出双光子的四维空间模式纠缠Dicke态在量子隐形传态中的具体应用。63371

毕业论文关键词：双光子纠缠态，光学超晶格，自发参量下转换

Abstract: In this paper, we elaborate the concept of two-photon entangled state，the method of quantification of entanglement and application of two-photon entangled state. We details introduce the theory of preparation for entangled two-photon source by spontaneous parametric down-conversion process from the nonlinear crystal. On the basis of studying both theoretical and experimental progress of entangled photon pairs from optical super-lattice, we propose a theoretical scheme for integrated preparation of two-photon four-dimensional spatial modes entangled state by using multiple quasi-phase-matching, two-dimensional 5mol% impurities of MgO-doped domain structure of lithium niobate crystals from spontaneous parametric down-conversion. This two-photon entangled state can be used to quantum teleportation.

Key words: two-photon entangled state, optical super-lattice，spontaneous parametric down-conversion

1.绪论 4

1.1 引言 4

1.2 双光子纠缠态的概念与纠缠判定 4

1.3 双光子纠缠态的应用 5

2. 双光子纠缠源的制备理论 6

2.1自发参量下转换理论 6

2.2基于光学超晶格制备纠缠光子对的理论和实验进展 7

3.基于掺氧化镁铌酸锂光学超晶格制备双光子四维纠缠Dicke态 8

3.1掺氧化镁的铌酸锂光学超晶格 8

3.2双光子四维纠缠Dicke态 9

3.3双光子四维纠缠Dicke态的应用 11

总结 13

参考文献 14

致谢 15

1.绪论

1.1 引言

信息大爆炸时代的到来要求信息技术的高速发展，未来科技呼唤量子信息技术[1]。量子纠缠态是量子领域一类非常神奇的量子态，在量子信息技术中起着关键作用。面对高度信息化的今天，随着量子计算机的研发，为了应对量子算法的攻击，对密码技术安全性的要求也越来越高，使得量子密码以及量子保密通信技术应运而生并迅速发展。为了实现量子信息技术实用化，各国学者尝试对许多不同的物理体系进行实验。光子是理想的飞行量子比特，是量子信息的优良载体，对光子纠缠源的制备一直是热门研究方向。

利用非线性晶体的自发参量下转换过程制备双光子纠缠源有丰富的理论和实验基础，如通过一些特殊非线性晶体的双折射相位匹配制备双光子纠缠源；基于多重准相位匹配原理制备双光子纠缠源，等等。光学超晶格是一类很特殊的非线性材料，可以按要求设计不同的极化畴结构，提供丰富的倒格矢来参与多重准相位匹配过程。准相位匹配技术比双折射匹配技术具有更多的优势，使得光学超晶格必将成为未来量子信息领域的重要人工微结构材料[2-8]。典型的光学超晶格材料包括周期极化的钽酸锂晶体和周期极化的铌酸锂晶体等。这里我们简单介绍一下铌酸锂晶体光学超晶格材料。文献综述