光学体系中纠缠的产生和检验.pptx

光学体系中纠缠的产生和检验安雪碧,2015.7.30一、纠缠的基本概念二、纠缠的产生 1.相位匹配 (1).I型SPDC纠缠源 (2).II型SPDC纠缠源 (3).Beam-like 2.准相位匹配 (1).PPKTP晶体 (2).PPLN晶体 (3)Sagnac环三、纠缠的检验 1.量子层析 2.贝尔态投影主要内容一、纠缠的基本概念纠缠现象的表现是即使相距很远的两个物体，对其中一个进行测量，根据测量结果可以确定另一个物体的状态。经典的情况也可以做到引入不同的测量基矢！1.纠缠的物理图像 1964年，贝尔从定域实在论和隐变量理论出发，提出贝尔不等式：一、纠缠的基本概念2.贝尔不等式的提出CHSH型不等式经典情况：量子情况：纠缠的充分不必要条件！光学体系中最常用的纠缠产生方法是利用非线性晶体的参量下转换过程。二、纠缠的产生二阶极化率对于二次谐波产生过程：相位匹配条件：1.相位匹配二、纠缠的产生1.相位匹配晶体种晶体种类I类相位匹配相位匹配II类相位匹配相位匹配正单轴晶体负单轴晶体从粒子的观点来看，相位匹配条件与能量和动量守恒条件等价相位匹配的类型：光轴二、纠缠的产生1.相位匹配负单轴I型：光轴二、纠缠的产生1.相位匹配光轴对于简并情况e光折射率椭圆晶体切割角的计算：二、纠缠的产生1.相位匹配Kwiat P G,Waks E,White A G,et al.Physical Review A,1999,60(2):R773.纠缠光子对产生率140 S-1mw-1，是II型相位匹配的典型值的10倍。利用两块紧贴垂直放置的BBO晶体，泵浦光偏振45度入射，要求晶体较薄，且圆锥角较小。二、纠缠的产生1.相位匹配光轴负单轴II型：与I型参量下转换相比，只有两个圆锥交线处为纠缠光子，因此产生率较低。且无法方便的产生非最大纠缠态。二、纠缠的产生1.相位匹配Kwiat P G,Mattle K,Weinfurter H,et al.Physical Review Letters,1995,75(24):4337.在泵浦光功率为150mw条件下，纠缠光子对产生率1500S-1Kwiat的II型纠缠源实验，后续光路需要相位补偿。二、纠缠的产生1.相位匹配Beam-Like 型切割：是两个圆锥相切时，即共线II型相位匹配的切割角。是两个圆锥相交时，即非共线II型相位匹配的切割角。二、纠缠的产生1.相位匹配Niu X L,Huang Y F,Xiang G Y,et al.Optics letters,2008,33(9):968-970.泵浦光功率为100mw，偏振纠缠光子对超过30000s-1黄运锋老师组实现的Beam-like型方案，难点在于后续光路对两个晶体参量光在空间和时间上的补偿。选定工作波长和工作温度后，可以确定晶体调制周期。二、纠缠的产生2.准相位匹配原理解释：为晶体的周期性波矢由于二、纠缠的产生2.准相位匹配准相位匹配的优点：1.理论上晶体透光范围内任意波长都可实现相位匹配2.通过提高晶体的长度，可以实现很高的非线性效率二、纠缠的产生2.准相位匹配Fiorentino M,Kuklewicz C E,Wong F N C.Optics express,2005,13(1):127-135.晶体长度1cm，纠缠光子产生率820mw-1s-1，干涉可见度达96%左右。N.C.Wong 小组的非共线PPKTP实验二、纠缠的产生2.准相位匹配晶体长度3.2cm，没有进行纠缠制备，光子对符合率1.55Mmw-1s-1Tanzilli S,De Riedmatten H,Zbinden H,et al.Electronics Letters,2001,37(1):26-28.二、纠缠的产生2.准相位匹配Sagnac环原理图(a):图(b):纠缠态：，其中：二、纠缠的产生2.准相位匹配Kim T,Fiorentino M,Wong F N C.Physical Review A,2006,73(1):012316.晶体长度1cm，纠缠光子对产生率22750mw-1s-1优点：1.光路紧凑2.对称性好，两路参量光光程完全相同3.亮度较高二、纠缠的产生3.小结1.从纠缠光子对产生率来看，相位匹配情况下，Beam-like 方案双晶体I型方案II型方案；2.准相位匹配下，Sagnac环稳定，紧凑且亮度较高，是很优秀的方案。三、纠缠的检验1.量子层析对于两比特纠缠态，通常使用16组测量基对纠缠态进行测量，可以重构出纠缠态的密度矩阵 。由密度矩阵可以计算纠缠度,如Concurrence针对制备的特定态，还可以计算保真度：三、纠缠的检验2.贝尔态投影HOM干涉：初态：三、纠缠的检验2.贝尔态投影经过PBS后：三、纠缠的检验2.贝尔态投影投影结果:无法区分全部贝尔态谢谢！