基于分子系综的非经典光源的研究

Quantum communication has the characteristics of high security,long-distance and large capacity transmission.It is the protection of national information security is of strategic significance.Non-classical light source is an indispensable part of the quantum communication.Based on atomic ensemble of narrow-band compression light source is always very good entangled light source whose atomic wavelength is about 0.8 μm. However,the photon wavelength of 1.3 micron and 1.56 micron are used in current optical communication.There is no approprate atomic energy level in communication band.The photons must be conversed from communication wavelength to atomic wavelength in the Quantum information technique.. At present, it is difficult to obtain high efficiency quantum conversion,which limits its applications in communications technology. Quantum light source in the atomic ensemble has been successfully developed in our laboratory.In response to this situation, we propose the study of non-classical light sources in molecular ensemble. We will explore the narrow bandwidth for communication band compress light in molecular ensemble.The key technology is the organic combination by molecular coherence and four-wave mixting. Four-wave mixing efficiency will be greatly improved through the induction and regulation of intermolecular coherent cooperation.We hope to get the narrow-band compress light in molecular ensemble. This non-classical light has an important significance to the development of quantum communication, quantum control and precision measurement technology.

量子通信因其高保密、大容量传输等特点对保障国家信息安全具有战略意义。而非经典光源是量子通信中不可或缺的重要组成部分。其中基于原子系综的窄带压缩光源是一种非常好的纠缠源，其原子波长约为0.8μm，而当前光通讯中一般用到的光子波长为1.3μm和1.56μm，在这个波段没有合适的原子能级。要实现量子通信必须首先要实现光子从光通讯波段到原子波长的量子转换，目前这种转换效率还很低，难以达到实际应用的水平。本项目针对这一现状，在我们实验室原子系综的量子光源已经成功研制的基础上，提出分子系综的非经典光源的研究。探索适用于通讯波段的窄带压缩光源，采用的主要方法是将分子体系的相干性与四波混频过程有机结合，通过诱导和调控分子间的相干合作来提高四波混频效率。以期得到窄带的压缩光源。这种非经典光源的研制将对量子通信、量子调控、精密测量等技术的发展有着重要意义。

近几年，量子通信因其对保障国家信息安全具有重要的战略意义，吸引了国内外越来越多研究团队的投入研究。非经典光源作为量子通信中不可或缺的重要组成部分，已经进行了大量的相关研究，但大多都是在原子系综里进行，而在当前的光通信波段并没有合适的原子能级。基于分子系综的非经典光源却有着独特的优势，是光通信波段非经典光源的首选。一旦突破将具有重要的应用前景。本项目从分子的超精细能级结构的研究着手，探索可能实现非经典压缩光源的分子。为了实现噪声压缩，研究了原子系综四波混频的噪声抑制问题，通过强度相关性实现相位信息的控制提取。. 项目完成的主要研究内容概括如下：.1）由于分子的能级结构比较复杂，要想在分子系综中实现量子压缩光源是非常困难的，首先要找到合适的分子能级，其具有与原子压缩光源比如Rb 类似的结构最好，为此我们研究了溴、碘分子的精细能级结构，通过实验测量放电混合分子的近红外吸收光谱，分析了分子内原子的精细能级结构，并对超精细结构作了深入研究。.2）四波混频是研究原子分子系综的最基本的手段之一，然而四波混频又会带来难以消除的噪声干扰，这将破坏产生的量子场的非经典属性。通过减少四波混频的转换通道同时保留高的检出效率。在实验上我们实现了四波混频引起的噪声抑制,这对于实现量子压缩是有利的。.3）相位信息的提取与控制也是原子分子系统操控的有力手段，我们在实验上通过二阶强度相关性提取了相位信息。研究了基于拉曼过程的高阶相关过程中光学相位信息的存储与提取。该结果对于光学相位信息存储以及信息处理的应用提供了新的技术手段。