摘要：本文系统介绍了纠缠态的概念及光子纠缠源的制备理论。基于多重准相位匹配原理，我们提出在掺杂5mol% MgO的二维六角极化畴结构的铌酸锂中集成制备可预知的单光子五维空间模式纠缠源的理论方案。该理论方案可以直接推广到制备可预知的单光子空间模式更高维度纠缠源的情况。另外还提出在二维准周期的铌酸锂中集成制备可预知的单光子三维空间模式纠缠源的理论方案。可预知的单光子高维空间模式纠缠源将在量子信息处理过程中发挥重要的作用。55177

毕业论文关键词：量子纠缠态，纠缠光子对，自发参量下转换，单光子纠缠

Abstract：In this paper，we made systematic introductions about the concept of entanglement and the theory for preparation of entangled photons source. Based on multiple quasi-phase-matching, we proposed a scheme for integrated preparation of the heralded single photon five-dimension spatial mode entangled source in the two-dimensional 5mol% MgO-doped LiNbO3. The theoretical method can be directly generalized to the preparation of higher dimensional spatial mode entangled single photon source. We also proposed a scheme for integrated preparation of the heralded single photon three-dimension spatial mode entangled source in the two-dimensional 5mol% MgO-doped quasi-periodic LiNbO3. This heralded single photon entangled source will play an important role in the process of quantum information processing.

Keywords：quantum entanglement, entangled photon pairs, spontaneous parametric down conversion , single photon entanglement

目 录

1  前言 4

1.1  纠缠态 4

1.2  现代信息科学中对纠缠的应用 5

1.2.1  量子计算 5

1.2.2  量子通信 5

1.2.3  量子网络 6

2  制备纠缠光子对 6

2.1  纠缠光子对制备的发展历程 6

2.2  非线性晶体的选择 7

2.3  自发参量下转换制备纠缠光子对 7

3  单光子纠缠源的制备与应用 9

3.1  实验中单光子产生的方案 9

3.1.1  量子点 9

3.1.2  色心法 9

3.1.3  原子相干介质 10

3.2  自发参量下转换产生单光子纠缠 10

3.2.1  单光子纠缠态 11

3.2.2  光学超晶格 12

3.2.3  利用光学超晶格制备可预知单光子模式纠缠态 12

3.3  可预知单光子模式纠缠态的应用 15

结论 17

参考文献 18

致  谢 19

1  前言

自从20世纪40年代量子纠缠态的概念被薛定谔提出以来，科学界开始对量子纠缠[1-4]有了广泛的关注，特别是在量子信息科学方面的发展，人们对量子纠缠在信息领域的研究越来越关注，量子信息科学已经成为物理学界的重点研究项目,吸引众多学者的目光聚集于此。随着科学家们对量子信息领域的深入研究，量子纠缠表现出巨大的优越性体现在量子信息领域的诸多研究方向上。另一方面，人们分析量子纠缠的性质、量子纠缠的刻画以及对量子纠缠的判据等等诸多方面，从各个角度对量子纠缠进行了深入的研究。量子纠缠在量子通信、量子计算、量子网络中都发挥非常重要的作用，成为量子信息学区别于经典信息学的独特优势。