光子回声技术在量子中继器中的应用研究

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3、公开温州大学硕士学位论文光子回声技术在量子中继器中的应用研究作者姓名：李少莹学科、专业：凝聚态物理研究方向：量子信息物理指导教师：郑亦庄（教授）完成日期：2016年3月温州大学学位委员会温州大学学位论文独创性声明本人巧重声明：所呈交的学位化文是我个人在导师指导下曲行的冊究工作及取得的研究成果。尽我所巧，除Ｉ文中特别化ａ标注巧致谢的地方外，论文中不包含其他人己经发表或撰写过的研巧成果，也不包含巧获得温册大学或其它教育一机构的学位或化书而使用过的材料。与巧同工作的同志对本研巧巧慨的任何贡献均已在论文中作Ｉ明确

4、的说明并表示Ｉ谢意Ｄ论文作者签容：曰期：年＾月立於曰温州大学位论文使用授权声明本人完全Ｉ解温州大学关于收集：、保存、使用学位论文的规定即学校有，巧保留并向国家有关部口或机构送交论文的复印件和电子版，允巧化文被查阅和惜阅。本人授权温抽大学可Ｕ将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据岸迸、行检索，可Ｕ采用穀印缩印或扫描等复制手段保存和汇ｉ本学位化文。本人在导师指导下完成的论文巧果，巧巧产权归属温Ｗ大学。保密论文在解密后這守此规定。论文作者签召导师签各：＾■＞２曰期年化谷又沉曰期月曰

5、光子回声技术在量子中继器中的应用研究摘要由于具有通信容量大、传输速度快和绝对安全性等优点，量子通信为通信系统提供了更安全的传输方式和更广泛的应用范围。为了实现远距离的量子通信，并解决量子信息传输过程中量子特性消退的问题，人们提出了量子中继器的概念，它主要依靠光量子存储器和量子纠缠来工作，而光子回声技术由于其在固态材料中的高效存储和多模存储的优势既可以应用于存储器中，也可以建立纠缠并进行纠缠交换。本文从光与原子相互作用的基本原理出发，用全量子理论建立起麦克斯韦—布洛赫方程，理论分析了光子回声技术在量子中继器中的应用。为了实现

6、基于光子回声技术的几种主要存储方案的准备条件，第二章我们分别介绍了实验中常使用的稀土离子掺杂固态材料、非均匀展宽、光与物质的相互作用以及光谱烧孔技术。本文研究的主要内容可概括如下：（1）首先介绍目前已实现的基于光子回声技术的几种主要存储方案：可控逆非均匀展宽（CRIB），原子频率梳（AFC），梯度光子回声（GEM）和混合光子回声（HYPER）。其中CRIB、AFC和GEM方案都需要对存储介质进行光谱烧孔以获得非均匀展宽线，这在实际操作中存在着很大的困难，同时浪费了部分有效光深度，限制了存储材料的选择范围。为了避免使用烧孔技术

7、，HYPER方案被提出。这几个存储方案除了准备条件不同外，存储效率也不尽相同。本文详细讨论了各方案存储过程的演化方程并计算出各方案的存储效率。（2）其次，我们将光子回声技术用于三体光量子态纠缠的建立。2010年P.M.Ledingham等人在经典双脉冲光子回声的基础上，提出在间隔相等的时间内对存储介质施加两次脉冲，可以获得时间分离的放大自发辐射（ASE）场、相位重构放大自发辐射（RASE）场与原子系综之间的纠缠。我们的工作是在此基础上继续对存储介质施加I一个重相位脉冲，发现系统辐射出的三束光子流之间存在着非经典关联，通过

8、理论计算得出结论：三个辐射光场之间存在着线性纠缠关系。（3）最后，以影响力颇为广泛的DLCZ量子中继协议为例，在分析其缺点不足的基础上利用光子回声技术所制备的三体纠缠对该协议提出改进方案。关键词：量子中继器，光子回声技术，光量子态存储方案，量子纠缠IISTUDYONAPPLICATIONO