摘要：Λ增强型灰色黏团冷却技术(Λgray molasses cooling,Λ-GMC)已被广泛用于制备低于亚多普勒温度极限的冷原子样品实验中.本文设计搭建了宽范围、快速调谐的激光系统,其调谐范围最高可达600 MHz.基于该激光系统,于光学微腔中心通过铯原子D2线Λ-GMC冷却辅助腰斑大小为15μm的交叉偶极阱中原子的装载,相比于传统的偏振梯度冷却辅助装载,原子数增加了约4倍,原子温度由25μK降低至8μK.该实验对超冷原子样品实验制备和单原子阵列俘获等研究具有重要借鉴意义.

摘要：引力波是时空弯曲产生的涟漪波动.引力波探测对促进人类认识自然和科学技术进步均具有深远意义.由于引力波信号非常微弱,地基引力波探测器需要超高真空环境来保证激光干涉仪的稳定运行.本文阐述了残余气体噪声对地基引力波探测装置灵敏度的影响,并从第三代地基引力波探测原型机和全尺寸装置的真空系统设计出发,通过理论分析和模拟,给出真空系统压强、环境温度、残余气体质量和种类、测试质量的曲率半径等因素对引力波探测灵敏度的影响.这为引力波探测原型机和全尺寸装置的真空系统设计和建设提供了重要的理论依据.

摘要：利用量子信道和经典信道相结合的方法,采用部分脱体传输设计了连续变量1→2量子克隆方案,在此基础上研究了克隆保真度与EPR导引之间的关系。研究结果表明:双向量子导引态是实现相干态安全量子克隆的必要资源。对于克隆输出模Clone 1,取最优增益时克隆保真度超过不可克隆阈值的实现需要共享纠缠源的双向导引,但并不是所有双向导引的资源都能使克隆的保真度大于2/3。在输出模Clone 1的最优增益下,观察了输出模Clone 1和输出模Clone 2的保真度随分束器反射率和压缩参数的变化,发现使用纠缠度较小但可导引的资源可以实现较高的克隆保真度,且克隆过程中也不需要较高的反射率。此研究结果对安全量子通信网络的构建具有一定的参考意义。

摘要：动态偏振控制器能够实现输入光场任意偏振态到输出光场任意偏振态的控制,可以动态补偿长距离单模光纤导致的双折射效应,是量子通信和相干通信系统中的重要器件.本文设计并实验验证了基于硅基光电子芯片的低损耗动态偏振控制器,芯片采用标准的绝缘体上硅工艺制作,器件整体尺寸为5.20 mm×0.12 mm×0.80 mm,整体损耗为5.7 dB,最大功耗为0.2W.基于可变步长.模拟退火算法、低噪声探测器和高静态消光比的器件,动态偏振消光比可锁定至30 dB以上.芯片采用热相移器对TE0光场的相位延迟量进行控制,整体为0°/45°/0°/45°结构,可实现无端偏振控制.基于Lumerical软件对核心部件偏振旋转分束结构进行了优化,该结构将以端面耦合方式进入波导中的TM0模式光场转化至另一波导中的TE0模式光场,而原单波导中TE0模式光场不发生转化,实验测得动态偏振控制器的静态偏振消光比可达40 dB以上.该器件具有小体积、低功耗和低成本的特点,可以广泛应用于量子通信和相干通信等领域,特别是需要考虑体积、功耗和成本的应用场合.

摘要：在连续变量量子密钥分发系统中,同步技术是确保通信双方时钟和数据一致的关键技术.本文通过巧妙设计发送端和接收端仪器的硬件时序,采用时域差拍探测方式和峰值采集技术,实验实现了可硬件同步的四态离散调制连续变量量子密钥分发.通信双方在设计好的硬件同步时序下可实现时钟的恢复和数据的自动对齐,无需借助软件算法实现数据的对齐.本文采用了加拿大滑铁卢大学Norbert Lütkenhaus研究组提出的针对连续变量离散调制协议的安全密钥速率计算方法.该方法需计算出接收端所测各种平移热态的一阶矩和二阶(非中心)矩,以此为约束条件结合凸优化算法可计算出安全密钥速率.计算过程中无需假设信道为线性信道,无需额外噪声的估算.密钥分发系统重复频率为10 MHz,传输距离为25 km,平均安全密钥比特率为24 kbit/s.本文提出的硬件同步方法无需过采样和软件帧同步,减小了系统的复杂度和计算量,在一定程度上降低了系统所需的成本、功耗和体积,有效地增强了连续变量量子密钥分发的实用性.

摘要：连续变量光场偏振态的量子隐形传态不仅适合于远距离的量子态传输,而且可以直接和原子节点相互作用。实现连续变量光场任意偏振态的可逆控制是实现其量子隐形传态的关键。设计和实现了基于现场可编辑逻辑阵列的连续变量光场偏振态的可逆控制器。利用振幅分割型偏振测量方法和波片型偏振控制方法,实现了光场偏振态的测量与控制。通过算法优化和半开环结构设计,对于任意偏振态的测量误差平均值小于0.543°,转换误差平均值小于0.474°,还原误差平均值小于0.636°。该系统能够实现初始偏振态和预设偏振态之间有效转换,为连续变量偏振态的高效量子隐形传态的实现提供了必要的技术支撑。

摘要：原子极化率反映其对外场的响应特性,动态极化率等于零的外场波长称为零极化或幻零(tune-out)波长.里德伯原子的tune-out波长计算较为困难,本文设计室温气室里德伯原子测量装置,基于调幅电磁感应透明(amplitude modulation electromagnetically induced transparency,AM-EIT)光谱技术实现tune-out波长测量.实验采用双光子级联激发制备铯原子里德伯态,利用阶梯型电磁感应透明(electromagnetically induced transparency,EIT)光谱实现里德伯原子量子态检测;通过微波频率连续扫描测量里德伯原子AM-EIT信号;在tune-out波长处,邻近耦合能级对目标里德伯态的动态极化为零,原子动态Stark效应相消,AM-EIT信号极弱.我们建立简化三能级模型计算tune-out波长,理论与实验结果基本符合.

摘要：引力波探测打开了探索宇宙的新窗口,开启了多信使天文学时代.大型激光干涉仪作为空间及地基引力波探测装置,需要使用低噪声激光光源,通过光电负反馈降噪技术可以抑制激光噪声,提高大型激光干涉仪的灵敏度.光电负反馈控制需要将光电探测器信号与电压基准源信号相减,之后经过比例积分微分器得到误差信号,来控制泵浦电流驱动器的输出功率,从而实现激光噪声抑制.由于光电探测器信号受激光强度影响,其输出电压在一定范围内变化,这就需要电压基准源信号的输出电压可变;另外,电压基准源的性能直接影响反馈控制环路的整体性能,是激光噪声抑制的下限.本文通过选定低噪声基准芯片及数模转换芯片,设计外控电路、采用低温漂系数元件、通过精密布板及电磁屏蔽等方案,研发高精度低噪声程控电压基准源;并通过可编程逻辑门阵列模块编程控制数模转换,实现程控电压基准源输出电压精密变化.结果表明:所研发的电压基准源输出电压范围为-10V—+10 V,输出电压分辨率达20 bit,在空间引力波频段输出电压的相对噪声谱密度低于9.6×10^(-6)Hz^(-1/2),基准源噪声性能均优于相应引力波探测中对激光强度噪声要求,为引力波探测中激光强度噪声抑制等方面提供关键器件支撑.

摘要：空间引力波探测频段位于0.1 mHz~1 Hz范围内,在该频段内包含了更大特征质量和尺度的引力波波源信息。目前,基于不同尺寸及空间轨道的大型激光干涉空间引力波探测计划已经逐步实施,其中在干涉仪的激光光源系统中,需要抑制激光强度噪声及频率噪声等,光电探测作为激光噪声表征及抑制的第一级器件,其性能将直接影响激光噪声抑制效果。通过选定低噪声芯片、高稳定偏压系统的基础上,采用自减电路及跨阻放大电路进行整体电路设计;在电磁屏蔽、低温漂系数元件、低噪声供电以及主动温控等技术手段实现了高增益低噪声平衡零拍探测系统的研制;结合快速傅里叶变换法以及对数轴功率谱密度算法对其增益、带宽等性能进行评估测试,并进一步对激光的强度噪声在0.05 mHz~1 Hz频段进行探测表征。实验结果表明:所研发平衡零拍探测电子学噪声谱密度在1 mHz~1 Hz的频率范围内在3.6×10^(-5)V/Hz^(1/2)以下,小于空间引力波探测对激光光源噪声要求;进一步当入射光功率为400μW时,测量得到平衡零拍探测系统在0.1 mHz~1 Hz的频率范围内增益在20 dB以上;激光强度噪声谱密度在1 mHz处为3.6×10^(-2)V/Hz^(1/2),实现低噪声光电探测及激光强度噪声表征,为空间引力波探测中激光强度噪声表征及抑制等方面提供关键器件支撑。

摘要：Duan-Lukin-Cirac-Zoller(DLCZ)量子中继协议中,量子存储器的恢复效率直接影响纠缠分发速率.研究了读光与读出光子模式腰斑比对DLCZ型量子存储器恢复效率的影响.本文将87Rb冷原子系综置于中等精细度的环形腔内,开展了腔增强DLCZ量子存储的实验研究.通过改变读光腰斑大小来调节读光与读出光子模式腰斑比,研究了其对腔增强量子存储器恢复效率的影响.结果表明,读光与读出光子模式腰斑比为3时,实现了68.9%±1.6%的本质恢复效率,这时写出光子与读出光子的互关联函数g((2))为26.5±1.9.理论上建立了本质恢复效率随腰斑比的变化关系模型,理论计算与实验相吻合,演示了高恢复效率的量子存储器.