明亮压缩态光场的操控及量子层析*

李庆回 姚文秀 李番 田龙2)† 王雅君2) 郑耀辉2)

1) (山西大学光电研究所, 量子光学与光量子器件国家重点实验室, 太原 030006)

2) (山西大学, 极端光学协同创新中心, 太原 030006)

连续变量量子态的制备与操控是进行量子通信、量子密钥分发以及量子网络构建的重要基础.本文基于二阶非线性过程, 利用周期极化磷酸氧钛钾晶体构成的简并光学参量放大腔, 在实验上实现了1064 nm波段明亮压缩态光场的制备, 所制备的明亮压缩态光场在泵浦光功率为310 mW、分析频率为3 MHz处的压缩度为—11.6 dB.当注入50 mW泵浦光时, 实现了压缩度为—6 dB, 纯度为98.5%的压缩态光场; 在此基础上, 利用光电调制器进行明亮压缩态光场的线性光学操控, 并基于平衡零拍探测系统的直流信号准确判断压缩态光场时域信号对应的相位, 之后结合极大似然估计算法实现压缩态的量子层析, 得到量子态的密度矩阵及相空间的Wigner函数, 从而获得量子态的光子数分布等全部信息.

1 引 言

连续变量压缩态光场的概念最初是由Schrödinger[1], Kennard[2]以及Darwin[3]在20世纪20年代提出, 但是直到1985年才在实验上成功制备[4].压缩态光场具有在某一特定分量上突破量子噪声极限的特性[5], 根据是否具有相干成分, 可以把压缩态光场分为压缩真空态光场和明亮压缩态光场.在1981年, Caves[6]在理论上提出通过利用压缩真空态光场填补激光干涉引力波测量仪的真空通道来提升引力波探测灵敏度的研究方案; 在2019年,欧洲的研究小组将—10 dB的压缩真空态光场注入到……