明亮壓縮態(tài)光場的操控及量子層析*

李慶回 姚文秀 李番 田龍2)? 王雅君2) 鄭耀輝2)

1) (山西大學光電研究所, 量子光學與光量子器件國家重點實驗室, 太原 030006)

2) (山西大學, 極端光學協(xié)同創(chuàng)新中心, 太原 030006)

連續(xù)變量量子態(tài)的制備與操控是進行量子通信、量子密鑰分發(fā)以及量子網(wǎng)絡構建的重要基礎.本文基于二階非線性過程, 利用周期極化磷酸氧鈦鉀晶體構成的簡并光學參量放大腔, 在實驗上實現(xiàn)了1064 nm波段明亮壓縮態(tài)光場的制備, 所制備的明亮壓縮態(tài)光場在泵浦光功率為310 mW、分析頻率為3 MHz處的壓縮度為—11.6 dB.當注入50 mW泵浦光時, 實現(xiàn)了壓縮度為—6 dB, 純度為98.5%的壓縮態(tài)光場; 在此基礎上, 利用光電調制器進行明亮壓縮態(tài)光場的線性光學操控, 并基于平衡零拍探測系統(tǒng)的直流信號準確判斷壓縮態(tài)光場時域信號對應的相位, 之后結合極大似然估計算法實現(xiàn)壓縮態(tài)的量子層析, 得到量子態(tài)的密度矩陣及相空間的Wigner函數(shù), 從而獲得量子態(tài)的光子數(shù)分布等全部信息.

1 引 言

連續(xù)變量壓縮態(tài)光場的概念最初是由Schr?dinger[1], Kennard[2]以及Darwin[3]在20世紀20年代提出, 但是直到1985年才在實驗上成功制備[4].壓縮態(tài)光場具有在某一特定分量上突破量子噪聲極限的特性[5], 根據(jù)是否具有相干成分, 可以把壓縮態(tài)光場分為壓縮真空態(tài)光場和明亮壓縮態(tài)光場.在1981年, Caves[6]在理論上提出通過利用壓縮真空態(tài)光場填補激光干涉引力波測量儀的真空通道來提升引力波探測靈敏度的研究方案; 在2019年,歐洲的研究小組將—10 dB的壓縮真空態(tài)光場注入到……