长距离长时间稳定的量子保密通信系统

量子密码术是迄今为止唯一被理论证明绝对安全的保密通信方案。随着计算机网络对信息安全的要求不断提高，国际上许多研究组都将量子保密通信研究的重点放在了光纤通信系统上．在最近的实验中，我们试制完成了基于“即插即用”设计的光纤量子保密通信样机．该系统实验发展了一种新型门限脉冲驱动的符合单光子探测技术，并且在激光发射     

可光纤集成的相干态量子身份认证系统

报道了可光纤集成相干态量子身份认证实验系统。该系统采用偏振相干态的斯托克斯矢量作为量子信号载体,采用动态偏振控制器作为信号调制器,利用固有的相干态量子噪声保证系统的安全性。自行设计了脉冲激光驱动电路、微弱窄脉冲激光探测电路、信号同步模块,采用Socket网络通信程序在TCP/IP局域网中实现了量子保密通信所需要的经典通信。该相干态量子身份认证系统采用的运行密钥为12位,每个光脉冲包含40000个光子,传输速率达到8kbit/s,合法用户间误码率(BER)小于10-4。每传输一个比特信息,攻击者所能窃取的信息量I(Alice,Eve)<10-14bit。     

多光子跃迁过程中的量子衍射与量子相干控制

从理论上解释了利用相位调制光场如何实现多光子跃迁的量子相干控制。在弱场作用下研究了几种整形激光脉冲形式与二能级原子系统的相互作用过程,研究了整形激光脉冲作用下双光子过程中的量子衍射效应。利用微扰理论给出了多光子跃迁过程的解析表示,根据解析表示解释了阶跃相位和余弦相位调制光场作用下多光子跃迁几率的量子相干控制。结果表明,这两种相干控制过程中都有跃迁几率消除现象,而且不同调制相位光场的作用结果对应着不同的几率消除位置。     

单光子波包与腔-量子点相互作用的动力学研究

对单光子波包与腔-量子点模型相互作用的动力学过程进行了数学推导,并通过数值模拟实现了静态量子比特与飞行光子比特之间的相互转换。结果表明：由腔-量子点系统输出到光纤的光子是一个平滑的波包;通过改变激光脉冲作用时间等系统参数,可实现量子点中的原子和光子的纠缠,在此基础上,即可实现不同量子点中原子的纠缠。研究结果对解决利用腔-量子点系统来构造量子计算机的接口、制备纠缠态以及实现受控量子门等热点问题具有积极意义。     

利用光子晶体光纤产生纠缠光子对

利用激光脉冲抽运40 m的色散平坦光子晶体光纤(PCF),通过四波混频(FWM)效应获得了高质量、高计数率的纠缠光子源.实验测得信号与闲频光分别处于1545 nm和1555 nm处.光子对的符合与偶然符合比可达8,对应的符合速率达1.43 kHz.理论结果与实验结果基本吻合,该系统可作为量子密钥分发系统的光源,误码率可小于6%.     

量子保密通信的单光子源

光通信中采用量子保密技术，由单光子源发射光量子，加密系统进行光量子编码，单模光纤进行量子码传输和保偏，实现了信息流的物理加密．单光子源可用双异质结LED或量子阱、量子点激光器经过强衰减得到．     

激光的偏振与量子计算中的量子态

激光光子的水平偏振和竖直偏振分别视为量子位的两个状态。研究激光的偏振态作为量子态的方法以及偏振器的量子逻辑功能。     

利用ArF准分子激光退火获得小锗量子点的研究

使用ArF准分子激光脉冲对UHV/CVD条件下生长的Ge量子点进行退火处理,获得了底宽为20～25nm的光致量子点(LIQD),远小于退火前的量子点大小.LIQD的密度约为6×1010cm-2.分析表明,在ArF准分子激光脉冲作用下,退火样品只有表面扩散,并没有体扩散.激光脉冲对表面Ge原子的扩散控制导致了Ge量子点形貌发生了巨大的改变.该方法为获得高密度小尺寸的Ge量子点提供了新的途径.采用原子力显微镜对光致量子点的表面形貌进行了研究.     

量子保密通信用准单光子源的研制

量子保密通信是一种以基本粒子的量子力学性质为依据，在理论上证明是绝对安全的密钥分配技术。其绝对安全性引起了国内外的高度重视。要实现量子保密通信有两大关键技术——单光子脉冲技术和单光子探测技术．单光子是量子保密通信的基础，如果通信信道中含有两个或多个光子，则窃听者就可能截取多余的光子进行检测而不被知晓，从而     

量子系统的有效维数鉴别和约化理论

考虑在外界激光脉冲控制下的含近简并能级的多能级系统的量子动力学,该多能级系统模型包括了一个基态和多个激发态,其中假设基态与各个激发态之间都存在跃迁。 研究了不同激光脉冲场控制下的基态到近简并多能级激发态的布居转移。研究表明,在脉冲激光很短时,所考虑的多能级系统可以约化为一个二能级系统,并得到了在激光脉冲为多频弱场和单频强场时有效二能级系统参数的近似解析公式。以上结果可以推广到有多组近简并能级的多能级系统,用来鉴别有效控制维数,简化设计系统的控制策略。     

微腔中量子点光子发射的动力学研究

基于量子回归理论建立了微腔-量子点耦合模型的主方程,研究了用激光脉冲激发时微腔中的量子点二能级系统的密度矩阵随时间的演化,然后通过密度矩阵得出发射光子数和二阶相关度等特性,并对适合于制作单光子源的微腔参数和泵浦条件进行了优化。相关参数中,微腔衰退率和系统耦合系数的相对关系对单光子发射过程起关键作用。     

CdTe和CdTe/CdS量子点的量子尺寸效应

利用水热法合成了三种不同尺寸的单核CdTe量子点和核壳CdTe/CdS量子点。应用Top-hat Z-scan技术在纳秒、皮秒、飞秒激光脉冲作用下研究了三种不同尺寸单核CdTe量子点的非线性吸收特性。实验结果表明:在不同激光脉冲作用下三种不同尺寸的CdTe量子点的非线性吸收特性均表现为饱和吸收,并且均呈现出随着量子点尺寸的减小,其非线性吸收特性增大的趋势。为了进一步研究量子点尺寸的变化对非线性吸收特性的影响,又在飞秒激光脉冲作用下研究了核壳CdTe/CdS量子点的非线性吸收特性;随着包壳时间的增加,壳层厚度增加,量子点尺寸增加,其非线性吸收特性呈减小趋势,并且核壳CdTe/CdS量子点的非线性吸收特性明显优于单核CdTe量子点;分析讨论了单核CdTe量子点与核壳CdTe/CdS量子点的非线性吸收特性和量子尺寸效应机制,实验结果表明合成的量子点样品均具有良好的量子尺寸效应。     

腔量子电动力学与量子信息过程

本文简要介绍了实现量子信息的几种可能方案，特别足腔QED方案的背景、特点、主要困难和目前的进展，同时介绍了山阿大学量子光学与光量子器件国家重点实验室在这方面的实验进展。     

单光子探测器及量子密钥分配

量子密钥分配中的一项炎键技术就是在其通信窗口实现单光子探测.单光子探测器的性能决定着量子密钥分配系统的性能.综述了单光子探测器的研究进展,讨论了量子密钥生成速率的安全判据及特点,分析了量子密钥分配的主要实验进展.高性能的单光子探测器的研制,以及量子密钥分配方案的改进,极大地提高了量子密钥分配的速率和距离.     

共振增强的中红外双光子探测器

中红外激光源，如量子级联激光器和光学参量振荡器的动力学特性，由于在技术上缺乏灵敏的探测器，很难用非线性激光光谱学来测试。最近，德国弗琅和夫应用固体物理研究所和加拿大渥太华国家研究委员会的研究人员，根据共振增强的非线性吸收，将脉冲控制在飞秒范围，开发出一种灵敏的双光子中红外探测器。     

双光子Jaynes—Cummings模型的亚泊松光子统计特性研究

本文利用量子电动力学理论和缀饰原子方法，对双光子Ｊａｙｎｅｓ０Ｃｕｍｍｉｎｇｓ模型中单模激光场的稳态亚泊松光子统计性质进行了系统研究。结果表明：激光上能级相对泵浦参量Ｘａ具有一个确定的阈值Ｘａｔ；当Ｘａ〉Ｘａｔ时，光场呈现亚泊松光子统计；而当Ｘａ》Ｘａｔ时，光场将呈现出深度且完全恒定的亚泊松光子统计。     

利用ArF准分子激光退火获得小锗量子点的研究

使用ArF准分子激光脉冲对UHV/CVD条件下生长的Ge量子点进行退火处理,获得了底宽为20～25nm的光致量子点(LIQD),远小于退火前的量子点大小.LIQD的密度约为6×1010cm-2.分析表明,在ArF准分子激光脉冲作用下,退火样品只有表面扩散,并没有体扩散.激光脉冲对表面Ge原子的扩散控制导致了Ge量子点形貌发生了巨大的改变.该方法为获得高密度小尺寸的Ge量子点提供了新的途径.采用原子力显微镜对光致量子点的表面形貌进行了研究.     

超导纳米线单光子探测现状与展望

超导纳米线单光子探测器（SNSPD）是一种量子极限灵敏度的光探测器。它的基本原理是利用光子能量实现超导纳米线库珀对的拆对,从而在超导纳米线局域发生超导-非超导相变。和传统半导体单光子探测器相比,具有探测效率高、暗计数低、时间抖动小、死时间短、宽谱响应以及自由运行等优势。高性能SNSPD已经在量子信息、激光通信、激光雷达等领域得到了广泛应用。文中概述了过去几年间国内外在SNSPD研发、应用成果及产业化等方面的进展,并对SNSPD未来的技术发展和应用进行了展望。     

用于高速量子密码系统的1.25 GHz InGaAs/InP单光子探测器的研制

随着量子密码领域的快速发展,近红外单光子探测器的研究已经成为该领域的研究重点和技术制高点。报道了一种基于正弦门控与滤波技术的InGaAs/InP雪崩光电二极管(APD)高速单光子探测器,门控频率达到1.25GHz。在探测效率为10.3%时,暗计数概率为1.3×10-6/gate,后脉冲概率为5.6×10-5/ns。这种高速单光子探测器将大幅度提升量子密码系统的两个关键指标——密钥率和传输距离,为下一代高速量子密码系统的实用化应用奠定了基础。     

量子中继与光子对的产生

目前，作为提供最终安全性的密码系统，对量子密码技术进行广泛深入的研究。但因量子密码的密钥配送距离受光传输线路的损耗限制，所以很难构建长途密码系统。打破这一限制的技术是量子中继。量子密码的传送距离，在理论上是可以无限延长的，实现光纤网上“量子中继器”的关键技术，是产生和传送量子纠结光子对。