基于共存多波混频过程的级联效应实现量子纠缠

本项目是通过激光光场与非线性介质相互作用，在多能级原子系统中利用原子相干技术（或称之为量子干涉），控制外场参量进而控制非线性多波混频过程的增强与抑制,实现多个电磁感应透明窗口共存和多个非线性混频过程共存.而后利用共存多波混频信号间的相互作用,获得高效的宏观级联高阶非线性过程，由此得到具有量子关联效应的孪生光束，研究其关联属性，并基于上述得到的孪生光束，开展相关的应用性实验，包括基于量子纠缠的关联成像等。由于量子纠缠时量子信息处理过程中的重要资源，量子信息的几乎任何过程都离不开纠缠态，而纠缠态的制备是把纠缠用于量子信息的前提。因此,本项目的研究结果为此提供了一种非常好的量子信息处理的候选孪生光束。

申请人按照研究计划圆满完成了项目，获得了预期的成果，发表SCI论文超过40篇，申请发明专利1项，获得2012年教育部自然科学二等奖1项。基于原子相干效应，利用电磁感应透明技术，重点研究了多能级原子系统中共存的多波混频过程间的相互作用以及应用。首先，在气体和片上YSO样品中获得了参量放大和级联混频过程产生的超荧光信号，其在“多波混频量子成像”方面有着重要的潜在应用价值。其次，通过共存四波混频过程，成功的获得了三场间的强关联或者强反关联性质，这为量子信息提供了一种多光子纠缠源的候选方案。再次，对共存的荧光、超荧光和多波混频过程进行了相干控制，深化了光控光的技术手段。最后，基于里德堡原子相互作用虽然是近年来才发展起来的一种实现量子信息处理器件方法，但目前已被学术界认为是最具发展前景的实现量子信息器件的方法之一。申请人目前在理论上研究了里德堡多波混频的缀饰理论和堵塞理论，在实验上，获得了里德堡电磁感应透明现象及伴随的高阶荧光辐射和连续里德堡多波混频的实现以及里德堡对其调控的机制。