基于光学超晶格实现光纤通讯和量子存储波段的多色连续变量纠缠光场

Compared with the traditional communication method, quantum communication has its absolute safety characteristics. Quantum communication has great prospect application value in national security, financial and other information security field. Quantum entanglement is the key resource in quantum information. Compared with discrete variable entanglement, continuous-variable entanglement has its unique advantage, such as its high detection efficiency. Due to this reason, people have paid much attention to continuous-variable entanglement. With the rapid development of quantum information science, how to produce multipartite, especially multicolor continuous variable entangled optical fields，used in optical fiber communication and quantum storage wavebands， becomes more and more important. So the main research content of this project is how to produce multicolor continuous variable entangled optical fields..There are two main research contents ：1) The generation of multicolor continuous variable entangled optical fields using cascade nonlinear process based on optical superlattice；2) The generation of multcolor continuous variable entangled optical fields using coupled waveguide array based on optical superlattice；

量子通信具有传统通信方式所不具备的绝对安全特性，在国家安全、金融等信息安全领域有着重大的应用价值和前景.量子纠缠态是量子信息的核心资源，而连续变量纠缠光场相对于分量变量纠缠来说因其高的探测效率，受到了广泛的关注。随着量子信息科学的快速发展，如何产生多组份尤其是可直接用于光纤通讯和量子存储波段的多色多组份连续变量纠缠光场显得更为重要。所以本项目的主要研究内容是如何产生用于光纤通讯和量子存储波段的多色连续变量纠缠光场。主要有两个研究内容：1）利用基于光学超晶格的级联非线性过程产生多色连续变量纠缠光场；2）利用基于光学超晶格的波导阵列产生多色连续变量纠缠光源；

量子信息在信息处理中具有经典信息无法比拟的优越性，在金融、政务、国防、电子信息等领域有着重大的应用价值和前景.而量子纠缠态是量子信息的核心资源，基于连续变量纠缠的量子态具有高的探测效率和传输效率，所以产生用于光纤通讯和量子存储波段的多色多组份连续变量纠缠光场显得尤为重要，本项目主要利用基于光学超晶格的级联非线性过程及波导阵列产生多色连续变量纠缠光源，在量子信息和量子网络方面有重要应用。具体研究成果分为三个部分.1.提出一种利用光学谐振腔内耦合波导中发生非简并参量下转换过程产生三色六组份连续变量纠缠的方案，并理论上证明了其可行性。讨论了系统的稳定性，纠缠特性随系统损耗参数，耦合系数，非线性系数等参数的变化关系。.意义：每个波导中产生的信号光和闲置光与泵浦光分别从谐振腔的两端输出，且两波导中的各光束也相互自然分离，减少了分光装置带来的噪音，所以该方案在未来的量子信息网络中有一定的应用价值。.2.提出基于耦合波导的腔内和频产生三色六组份连续变量纠缠态的方案。两低频光波长分别为1560nm和780nm，1560nm可用于光纤通信，780nm为铷原子的吸收线，可用于量子存储。详细讨论了两低频光在对称入射和非对称入射的情况下，系统的稳定性，低频光与和频光之间的纠缠特性与系统各参数之间的关系。.意义：参量震荡过程要想得到明亮的输出光场，需要泵浦光超过震荡阈值，而和频过程只要有低频光输入，则会有明亮的纠缠光输出。同样不同波导中的光束之间也自然分离，减少分光损耗。.3.利用广义双网格方法，设计一个一维准周期非线性光学超晶格，使其同时满足腔内二次谐波，级联三次谐波、四次谐波，可产生四色四组份连续变量纠缠光束。讨论了基波强度对稳定性及纠缠特性的影响。.意义：产生的四色四组份连续变量纠缠源频率从紫外过度到红外，而且四束光波频率间隔相同，在量子信息网络寻址中有一定的应用价值