基于自發參量下轉換源二階激發過程產生四光子超糾纏態?

何英秋 丁東 彭濤 閆鳳利 高亭

1)(承德醫學院生物醫學工程系,承德 067000)

2)(華北科技學院理學院,北京 101601)

3)(河北師范大學物理科學與信息工程學院,石家莊 050024)

4)(河北師范大學數學與信息科學學院,石家莊 050024)

1 引言

在光量子信息處理中,量子比特對應的實際物理系統是由光子構成的光學系統[1,2],其中最簡單、最重要的糾纏資源是成對的糾纏光子.作為一種非線性光學過程,自發參量下轉換是指一束短脈沖紫外光子入射到非線性晶體BBO(β-barium-borate)上產生兩個糾纏光子的現象[3?5],對應的這兩個光子分別稱為信號光子和休閑光子.自發參量下轉換過程分為兩類,在第一類中產生的信號光子和休閑光子的偏振方向相同,在第二類中產生的信號光子和休閑光子的偏振方向相互垂直.這里,以第二類自發參量下轉換過程為例,其相互作用過程中的哈密頓量為[6,7]

對于自發參量下轉換源,除了應用一階激發過程產生成對的糾纏光子外,其高階激發同樣具有重要的研究意義.一般地,自發參量下轉換源高階激發過程[11?16]對應產生的多光子糾纏態可表示為

其中,|n?m〉aH表示在空間模a中有n?m個H偏振光子,其他項具有類似的意義;τ=κt/?是相互作用參數,t是相互作用時間.值得注意的是這里的態表示的是n對不可區分的光子態,不同于n對相互獨立的光子對.

一般地,光子可以在偏振、空間和頻率等自由度上糾纏.當一個光學系統同時在兩個以上自由度上具有糾纏時,通常稱之為超糾纏……