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1、中国基础科学·科学前沿量子光学与量子信息山西大学光电研究所·彭堑挥摘要本文简要介绍量子光学及量子信息学、,一量子光学科的研究内容及发展概况侧重概述该领域。的重要实验研究成果及应用前景早在和!∀年,普朗克和爱!因斯坦就提出,了光量子假说并成功解释了黑体辐射谱分布与光量子光学与量子信息是世纪末期兴起的最,。电效应确定了光具有波粒二象性的基本物理思想,它们具生命力的新兴学科以不可替代的实验手段,然而长期以来由于经典电磁辐射理论能完满地解验证那些尚存争议的量子力学基本原理,从深层次,释绝大多数物理光学
2、实验现象光的量子理论并未。,上推动着物理学的发展另一方面将其基本理论得。,到系统发展直到#世纪∃#年代以后随着激光,与操纵单量子的独特实验方法应用于信息处理又与光电子技术的进步,一系列用经典理论无法解释。,开拓出实用性极强的量子信息新领域正由于此,的非经典光学效应逐步被实验观测才形成了以量这两门学科不仅吸引着世界众多理论与实验物理学。子化光场为基础的量子光学学科领域家为之努力,得日,以新月异地迅猛发展而且它在通以光量子或称光子为基本能量单元的量子化光、讯信息处理及计算机科学中所显示出的令人震撼&∋∗∋
3、+,,,∗/(,,,12场遵循量子电动力学%()−.扭而03,、的具大潜力与优势也引起各国金融界工业界及政,,12才能解释迄今基本规律严格地说只有用0理论。、府部门的广泛关注我国在国家科技部教育部及。为止所观察到的所有光学现象量子光学用量子电,国家自然科学基金委等部门的支持下也开展了这动力学理论研究光场的量子性和相干性,以及光与,一领域的研究形成了一支以中青年为主的科研队原子相。,互作用的量子力学效应当前量子光学中,在、4,伍理论与实验两方面都做出了一些重要的具有应用性较强的重要研究领域有光场的量子噪声
4、光创,。,、新性的贡献获得国际同行的认可和好评当前场与物质相互作用中的动量传递腔量子电动力学量子光学与量子信息学科正处于取得重大突破的前等。,,5夜许多问题尚待探索是极具挑战性的前沿科学研光场的量子噪声究领域。光场的量子噪声在光子学及其诸多的应用研究%6刃·7‘89−)(:(;<,=8−,)伪!中国基础科学·科学前沿。、,=Φ中占有重要的地位量子噪声与光放大光探测等领域中突破由量子噪声形成的散粒噪声极限%Γ3。。物理过程紧密相关若在光场的每一个模式中的光的限制是科学界长期追逐的目标压缩态光场的出,,,
5、,ΧΦΓ子数很大则完全可用光的经典理论来描述反之现为实现灵敏度突破限制的超高精度测量打,开。若每一个模式中有一个或少数的光子时就必须考了希望之门各国科学家已完成了一系列压缩态。为。虑量子噪声的影响了克服或消除量子噪声的影光场的应用研究课题如将正交压缩真空态用于填,。“”,、、响人们卓有成效地进行了诸多方面的研究补干涉仪的暗通道使振幅相移偏振及光谱测。%−3光场压缩态的产生和应用量的灵敏度达到高于由=ΦΓ所限定的水平除正交,随着认,4通过运转于阂值以上的光学参量识的深人人们已经发现有三类光一是压缩真空态之
6、外混沌光,它是自发辐射过程产生的光子构成的,给,出振荡器获得量子相关的孪生光束其强度差的量子,,,>的是最大噪声的光场二是相干光即激光具有很低噪声低于散粒噪声极限而且理论与实验研究表,,,的总噪声>三是由非线性过程产明较之正交压缩真空态这种强度差压缩在实验上并称之为真空噪声,、。,因此它的应用研究也更具有吸引力。生的非经典光如压缩光光子数态光等更易实现目由于压缩态中可以使光场的某个正交分量具有前国际上几个著名的量子光学实验室已用强度差压,,、,比相干态更小的量子噪声因此在光通信高精度缩光完成了灵敏度突破
7、=ΦΓ的微弱信号检测双光,子。测量等诸多应用中可突破散粒噪声极限具有极为吸收光谱分析等实验。近年来重要的实际意义山西大学量子光学实验室采用自行设计,自!?∀年首次在实验中获得压缩光场的近十多的)类非临界匹配光学参量下转换系统获得高强,度量子相,年来世界各国的有关实验室在光场压缩态的获得关孪生光束并用以首次完成了信噪比突,,和探测等方面进行了卓有成效的研究工作已实现破信号光自身标准量子极限的精密光学测量信噪、、。,:,了正交相位压缩强度差压缩振幅压缩等目前比突破总光束的标准量子极限约∃/达到国际最好。,,
8、国内外有关实验室的注意力和兴趣已经转向压缩光指标!!?年又用孪生光束填补分束器真空通道。,4,的应用方面其中最引人注目的两个方面是利用实现了强度差起伏信号的量子测量其传输系数与压缩光进行低于散粒噪声的高精度测量和利用压缩量子态制备能力均满足量子非破坏性测量%0Φ23判光实现与原子的相互作用,特别是实现与冷原子的据,其新颖的设计思想与好的实验结果为非经典光相互作用。此外,。具有量子非局域纠缠特性的双模场的应用开辟了一条新途径5压缩态光场,光
